INTRODUCCIÓN

Los métodos geofísicos empleados por el Grupo (Geoeléctrica, Polarización Inducida, Inducción Electromagnética, Georadar, Sísmica de Reflexión) son ampliamente utilizados tanto para la exploración de recursos naturales, como para estudios relacionados con temáticas ambientales y de patrimonios culturales. Estos métodos presentan un enorme potencial en cuanto a su capacidad para caracterizar la sub-superficie en forma precisa y no invasiva, y por lo tanto, tienen un amplio campo de aplicación en hidrogeología, minería, arqueología, geomorfología y áreas relacionadas con estudios de impacto ambiental. Los mismos permiten caracterizar distintos parámetros físicos de los materiales que componen el subsuelo (resistividad eléctrica, polarizabilidad, constante dieléctrica, permeabilidad magnética, velocidad sísmica). Dado que los materiales tienen distintas respuestas frente a los distintos tipos de excitación, algunos métodos pueden dar muy buenos resultados mientras que otros pueden fracasar totalmente, ya sea local o regionalmente, para una aplicación particular. Para mejorar la resolución y disminuir la ambigüedad de las soluciones, es usual entonces, aplicar conjuntamente varios métodos de prospección y/o emplear variantes metodológicas dentro de un mismo método, de manera que los resultados se complementen entre sí. En los últimos años, el Grupo ha hecho muchos avances innovadores que han permitido mejorar notablemente los resultados obtenidos con estos métodos en numerosas aplicaciones. Estas innovaciones incluyen tanto el desarrollo de equipos, como la introducción de mejoras en las técnicas de adquisición, procesamiento e interpretación de datos.


Método Geoeléctrico

 

En el caso del método Geoeléctrico, básicamente, se inyecta corriente al terreno a través de un par de electrodos y se mide la diferencia de potencial generada en un segundo par de electrodos, la cual contiene información sobre la resistividad eléctrica (o su inversa la conductividad eléctrica) del subsuelo. Las profundidades de investigación alcanzadas dependen de la resistividad del subsuelo y de la apertura (distancia) entre los electrodos. Actualmente, el Grupo cuenta con un equipo multielectrodo Saris 500 (Scintrex) para estudios someros (profundidades hasta algunos metros) y con dos equipos de desarrollo propio: un equipo multielectrodo para geoeléctrica superficial y media (30 electrodos, separación máxima entre electrodos 300 m) y un equipo para prospecciones profundas que emplea una fuente de corriente potente y permite aperturas de electrodos de hasta 3km. Con este último equipo pueden alcanzarse profundidades de hasta varios cientos de metros. Usualmente, se adquieren datos a lo largo de líneas, y luego esos datos se interpretan aplicando métodos de inversión 2D que brindan imágenes de la estructura eléctrica bajo cada perfil medido. Sólo en algunos casos puntuales se emplean métodos de inversión 3D, ya que para poder aplicarlos es necesario realizar una grilla relativamente densa de mediciones en toda el área a estudiar, y eso requiere un trabajo de campo mucho más prolongado.

 

Método Georadar

 

Los sistemas GPR básicos constan de una antena que emite pulsos electromagnéticos y una antena receptora que detecta las señales reflejadas que se producen cuando cambia la permitividad dieléctrica del subsuelo. Cuanto menor es la frecuencia de las señales emitidas, la penetración obtenida es mayor pero la resolución es menor. La metodología usual consiste en cubrir toda un área de interés desplazando conjuntamente las antenas emisora y receptora sobre la superficie del suelo, a lo largo de líneas paralelas entre sí. El Grupo cuenta con un Georadar biestático pulseEKKO Pro, con antenas de 100, 250, 500 y 1000 MHz. Cuando las señales adquiridas presentan niveles bajos respecto del ruido (por ejemplo, en el caso de blancos profundos y/o de bajo contraste con el medio circundante), o bien cuando la absorción es alta, la efectividad del método disminuye notablemente. Lo mismo ocurre cuando las señales presentan baja continuidad, por ejemplo, en suelos muy heterogéneos o con superficies irregulares. Una manera de mejorar la eficiencia del método en estos casos es utilizar técnicas de cobertura múltiple, en las cuales la distancia entre el emisor y el receptor varía, aumentando así la cantidad de información que se adquiere en cada punto de sondeo. Aunque algunas de estas técnicas son usuales en el área de sísmica, las mismas son muy poco utilizadas en georadar. En particular, prácticamente no existen trabajos en nuestro país vinculados con las mismas, a excepción de los trabajos que ha venido realizando nuestro grupo, en los cuales se estudia transmisión orientada, utilizando arreglos de emisores (Bullo y otros, 2016, 2017, Cedrina y otros, 2009,  2011). Así pueden mejorarse las señales de Georadar obtenidas en casos complejos tales como los mencionados, utilizando configuraciones de emisores-receptores no usuales y/o realizando innovaciones en las metodologías de procesamiento e interpretación de datos (p. ej. migración 3D).

 

Método de Inducción Electromagnética

 

Finalmente, el Grupo cuenta con un sistema SLEM multifrecuencia GEM-2 (Geophex). Este equipo portátil, que consta de dos pequeñas espiras coplanares separadas entre sí una distancia fija, se va desplazando sobre el área a estudiar, a una altura constante. Una espira genera un campo magnético inductor que oscila a frecuencias entre 330 y 47970Hz, y la otra detecta el campo magnético secundario producido por las corrientes inducidas en el suelo, las cuales contienen información sobre la conductividad eléctrica y la permeabilidad magnética del subsuelo y de las estructuras de interés. Las profundidades de penetración alcanzadas típicamente son del orden de decenas de metros. Al no requerir contacto directo con el suelo, estos equipos permiten relevar áreas extensas, adquiriendo gran cantidad de datos en tiempos relativamente breves, de manera tal que este método resulta mucho más rápido que el Geoeléctrico y también más rápido que GPR. Sin embargo, aún hoy, estos sistemas continúan empleándose mayoritariamente como meros detectores de anomalías, a través de una mera visualización directa de los gráficos de los datos. Aún hoy, para obtener resultados cuantitativos a lo sumo se aplican métodos de inversión 1D. Este atraso relativo en el desarrollo y la utilización de métodos de inversión, en comparación con el caso de geoeléctrica, se debe centralmente a la dificultad numérica que presenta el cálculo de la respuesta de estructuras 2D y 3D realistas, a dipolos magnéticos. Las investigaciones en estos temas tienen actualmente gran relevancia, y resultan fundamentales para poder aprovechar mejor la información contenida en los datos SLEM.

 

PRINCIPALES CONTRIBUCIONES REALIZADAS DURANTE LOS ÚLTIMOS AÑOS

 

 

Desarrollos Teóricos y Metodológicos

 

1. Método Geoeléctrico

 

Cuando se adquirió el equipo Saris 500, se comenzó a trabajar con configuraciones 3D. Para analizar estos datos, se empleó un código de inversión 3D, que a partir de un análisis conjunto con datos electromagnéticos, permitió obtener imágenes eléctricas 3D de alta resolución, por primera vez en el país (Osella et al., 2005).
Además de los dos equipos geoeléctricos construidos por el Grupo mencionados previamente, se ha desarrollado un equipo para mediciones geoeléctricas con plataforma móvil que permite mover en forma conjunta un grupo de electrodos. Esto mejora mucho el rendimiento en campo, permitiendo cubrir áreas más amplias en menos tiempo. Actualmente, se encuentra en etapa de desarrollo un equipo geoeléctrico con contactos capacitivos. Al no necesitar enterrar electrodos, este tipo de equipo reduce aún más los tiempos de adquisición y también hace posible la utilización del método en sitios con suelos duros, como por ejemplo, estaciones de servicio, plantas industriales y construcciones históricas. Hay que tener en cuenta que el método geoeléctrico es uno de los menos afectados por el ruido ambiente, lo que lo hace especialmente adecuado, justamente, para mediciones en entornos urbanos o semi-urbanos. Hasta el momento, no existe un equipo de estas características que haya sido desarrollado en el país. Si bien existen algunos equipos comerciales en el exterior, como el Ohmmapper desarrollado por Geometrics, los mismos tienen una limitación fuerte (más allá de su alto costo)  en cuanto a la interpretación cuantitativa los resultados. En estos equipos, la interpretación se hace haciendo una analogía con geoeléctrica convencional (esto es, suponiendo una fuente de corriente continua y contactos galvánicos), sin embargo, el equipo funciona con fuente alterna y contactos capacitivos, por lo tanto, dicha analogía es válida en un restringido rango que depende de la frecuencia de la señal emitida y de las características eléctricas del medio. Este rango de validez no es fácilmente evaluable en un equipo comercial, y por lo tanto se desperdicia la posibilidad de analizar en forma cuantitativa los resultados obtenidos.

 

2. Método Georradar

 

Hemos desarrollado un método para la simulación de campos de GPR para investigar suelos con topografía apreciable (Bonomo y Otros, 2004). En general, en los estudios de las zonas más superficiales del suelo es bastante poco frecuente incluir las características topográficas y los efectos de las mismas. Sin embargo, estos efectos son importantes en muchos casos que presentan discontinuidades bruscas o mucha inclinación en la interfaz aire-suelo, como suele ocurrir en prospección arqueológica, caracterización de estructuras de ingeniería y geológicas, etc. En todos estos casos, es importante considerar los efectos de la topografía para poder interpretar correctamente las señales de GPR y caracterizar el subsuelo.
Hemos combinado el modelado directo y las metodologías de migración para caracterizar estructuras arqueológicas construidas con materiales de tierra cruda (Bonomo y Otros, 2009). Estas estructuras producen señales de reflexión de baja calidad cuando han sido construidas con materiales muy similares a los que las rodean, como suele ocurrir en muchos sitios arqueológicos de Argentina y el resto del mundo. En estos casos, se producen bajos contrastes de permitividad, principalmente debido a pequeñas diferencias en la compactación y el contenido de arcilla (debido a la adición o tamizado durante la construcción), por lo que es necesario adaptar y combinar diferentes metodologías para poder detectar e interpretar las señales de las estructuras.
Hemos desarrollado un método basado en arreglos sintéticos de transmisores para enfocar el campo transmitido en diferentes estructuras de interés, concentrando así la energía en los mismos y reduciendo el ruido proveniente de zonas periféricas sin interés (Bullo y otros, 2017, Cedrina y Otros, 2010). Este método es útil para resolver reflexiones con continuidad lateral baja y baja amplitud con respecto al ruido circundante, como ocurre en muchos estudios de estratos, fluidos, etc.

 

3. Método de Inducción Electromagnética

 

Se desarrolló un código para calcular la respuesta electromagnética de estructuras 2D considerando la dependencia espacial de la fuente. Este método permitió hacer una simulación numérica de datos correspondientes a sondeos geomagnéticos profundos (GDS) y, a partir de esto, realizar estimaciones en cuanto a la sensibilidad y resolución de los GDS en la caracterización de determinadas estructuras (Martinelli y Osella, 2003).
Se desarrolló un método para modelar la respuesta de estructuras 2D frente a dipolos magnéticos.  Dada la adquisición del equipo GEM-2, se buscó contar con un método que permitiera estimar la respuesta de distintas estructuras frente a ese tipo de fuentes. El método desarrollado resultó ser muy eficaz para la caracterización de diversas estructuras enterradas y para el estudio de plumas contaminantes (Martinelli et al., 2006; Lascano et al., 2006). 
Como se indicó previamente, para modelar los datos adquiridos con equipos SLEM como el GEM-2, se aplican métodos de inversión 1D. Luego, combinando esos resultados, se construyen imágenes del subsuelo 3D. Uno de los factores que pueden deteriorar fuertemente la calidad de estas imágenes, es el hecho de que, usualmente, estos datos se ven afectados por condiciones de ruido cultural. Considerando esto, se desarrollaron metodologías de adquisición y de filtrado de datos que permitieron obtener imágenes 3D de mucha mejor resolución, aún en zonas urbanas, donde la relación señal-ruido es particularmente mala (Martinelli y Duplaá, 2008; Osella y Martinelli 2010). 

 

4. Modelos de fenómenos difusivos en medios anisótropos

 

Se comenzaron a estudiar los fenómenos difusivos en medios anisótropos con el objetivo inicial de aplicar los resultados a fluidos en medios porosos. Sin embargo, a partir de la interacción con investigadores en antropología que tuvo lugar en esa misma época, estas investigaciones derivaron en el estudio de la distribución espacial de organismos biológicos, en particular, para una primera aplicación al poblamiento de ambientes anisótropos. Este comportamiento puede ser descrito como un fenómeno difusivo más un término que toma en cuenta el crecimiento poblacional. Uno de los modelos más utilizados en dinámica poblacional es el modelo propuesto por Fisher y estudiado casi simultáneamente por Kolmogorov, Petrovsky y Piskunov,  (ecuación F-KPP). En este contexto, se desarrolló una solución numérica para la ecuación de F-KKP en medios anisótropos y se realizaron simulaciones con el objetivo de comparar resultados de evolución asumiendo comportamientos del tipo determinista y del tipo estocástico y se lo aplicó al modelado de la dispersión inicial humana en América (Martino y otros, 2007; Lanata y otros, 2008).

 

Aplicaciones

 

Los desarrollos mencionados en los métodos de prospección (referidos tanto al diseño de la adquisición de datos como a los métodos de interpretación)  se realizaron a partir de la necesidad de resolver problemas específicos, concernientes a distintas aplicaciones concretas, para las cuales la única forma de obtener una adecuada caracterización de las estructuras y/o de poder explicar los fenómenos detectados, era introducir mejoras de los usos convencionales de los métodos. Alguna de esas aplicaciones son las siguientes:

 

1. Caracterización de plumas de contaminación por hidrocarburos

 

Los primeros trabajos en esta línea se realizaron utilizando modelos a escala para determinar la potencialidad del método geoeléctrico a partir de perfiles 2D. La posibilidad de aplicar esos desarrollos a situaciones reales surgió cuando Repsol-YPF nos solicitó asesoramiento para caracterizar zonas contaminadas por derrames en las piletas de purga ubicadas a lo largo de un tendido en Las Heras, Pcia. de Santa Cruz. El tema aquí fue encontrar las mejores metodologías para caracterizar las plumas, pues considerando sus ubicaciones según los datos de pozos, y los espesores de las capas sobrenadantes, para poder obtener resultados exitosos, las técnicas usualmente empleadas debían ser modificadas. Se estudiaron del orden de diez zonas, cada una de ellas con distintas características, lo cual dio un panorama interesante sobre cómo encarar esta clase de estudios. Los dos primeros trabajos completados, se publicaron como ejemplos tipos, o “case history”, (Osella, y otros, 2002 y de la Vega y otros, 2003).
Un tema que surgió a partir de estos estudios fue el de analizar la edad de los derrames a través de sus características eléctricas. Los hidrocarburos suelen sufrir procesos de biodegradación, lo cual se traduce en cambios en las propiedades del medio. Un resultado interesante se obtuvo de analizar los casos estudiados (Osella y otros, 2003). Se encontró que contrariamente a lo que ocurre cuando el hidrocarburo se aloja en ambientes arenosos, cuando está contenido o en contacto con arcillas, el proceso de biodegradación se lentifica. Este resultado fue uno de los primeros en ser reportados y es citado a menudo (ver p.e., Che-Alota y otros, 2009).
Luego, se continuó con este tema, estudiando derrames de contaminantes en zonas urbanas y semi-urbanas. A través de un convenio con la Universidad Abierta Interamericana, se hicieron estudios en casos de derrames, y se diseñaron estrategias de monitoreo pos-remediación (Coria y otros, 2009). Además, a partir de un accidente en un tendido en zona urbana, se desarrolló una estrategia para estimar los alcances de contaminación en suelo, usando complementariamente métodos eléctricos y electromagnéticos, y completando con simulaciones numéricas para evaluar las distorsiones en los resultados producto del descubrimiento del ducto (Martinelli y otros, 2011). 

 

2. Efectos de corrosión por corrientes inducidas en cañerías enterradas – Caracterización de cañerías.

 

Investigamos cuál es el efecto de la resistividad del suelo en corrientes inducidas en cañerías enterradas y los efectos de corrosión. Los trabajos en esta línea surgieron como respuesta a un problema concreto que no podía ser resuelto por los métodos usuales. En un tendido de gasoducto aparecían en ciertas zonas corrientes parásitas que no podían ser compensadas por la protección catódica. Se sospechaba que su origen podía estar relacionado con la actividad geomagnética, pero no se entendía por qué ocurrían en ciertas zonas y en otras no. Para formular este problema se propuso un modelo para simular las corrientes inducidas asumiendo el campo natural como fuente de inducción, y se encontró que las corrientes que se inducían en el tendido seguían el comportamiento del campo externo y que, además, y lo más importante, estas corrientes aumentaban cuando el tendido atravesaba zonas más resistivas. Este resultado es totalmente novedoso, ya que la práctica usual es aumentar la protección cuando el lecho es conductor, pues se lo considera mucho más peligroso desde el punto de vista de la corrosión. Se realizaron  pruebas a lo largo del tendido de gasoductos en Tierra del Fuego y Buenos Aires (Osella y Favetto, 2000; Osella y otros, 1999, 2002). Para cuantificar este efecto, se realizaron experiencias controladas en laboratorio y se verificó la dependencia de la velocidad de corrosión con la resistividad del suelo, encontrándose aumentos de hasta el 40 % en suelos resistivos cuando actúan campos inductivos, incluso a frecuencias del orden de los 50 Hz (Osella y otros, 2003; López y otros, 2006).
También desarrollamos metodología de GPR para detectar uniones de caños midiendo desde la superficie del suelo, sin necesidad de realizar excavaciones ni detener el normal funcionamiento del ducto y la aplicamos en distintos casos de estudio (Bonomo y otros, 2011). Asimismo, desarrollamos metodología para determinar con precisión la orientación de cañerías en lugares que no permiten un buen acceso o movilidad en superficie, como ser sendas estrechas, pasillos, etc. (Bullo y otros, 2016). 

3. Arqueología y preservación del patrimonio cultural

 

El grupo ha sido pionero en el país respecto de la aplicación de métodos geofísicos para la caracterización de sitios arqueológicos como paso previo a las excavaciones. Estos estudios brindan resultados de un valor inestimable para los arqueólogos, ya que les permiten ahorrar gran cantidad de tiempo al poder elegir con precisión qué áreas excavar y/o proteger a partir de los planos geofísicos del suelo. Se incorporaron distintos métodos y se desarrollaron metodologías de análisis e interpretación conjunta de los datos geofísicos a fin de obtener mapas de alta resolución, adaptados a las características de los sitios y ambientes así como a los objetivos arqueológicos en cada caso.
El primer caso estudiado surgió a partir de un proyecto interdisciplinario con el grupo de Arqueología Histórica de la Fac. de Filosofía y Letras (UBA), para la delimitación del sitio arqueológico Floridablanca, en San Julián, Pcia. de Santa Cruz. Los resultados obtenidos a partir de la combinación de datos electromagnéticos (Georadar y EMI) e imágenes eléctricas 2D y 3D permitió construir un mapa de un sector del sitio que guió exitosamente las tareas de excavación que se llevaron a cabo a partir de estos resultados. Esto constituyó un proyecto totalmente novedoso pues no era usual aplicar estas técnicas simultáneamente, y de hecho en el país no hay referencias previas de este tipo de trabajos (e.g., Lascano et al., 2003; Osella et al., 2005).
Hemos estado trabajando en el área del valle de Fiambalá, una región semi-desértica de la Provincia de Catamarca. Aquí el ambiente es muy diferente al anterior, lo cual implica una modificación en las metodologías a fin de adaptarlas a un medio arenoso y seco. Los estudios y resultados, tanto geofísicos como arqueológicos han sido muy importantes y de amplia repercusión. Estos han incluido la localización y caracterización de diversas construcciones preincaicas, incaicas e hispánicas (Bonomo y otros, 2012, 2013, Ratto y otros, 2013).
A partir de un convenio con una organización internacional (World Monuments Funds), se trabajó en la Misión Jesuítica de San Ignacio, en Misiones, a fin de realizar un estudio para caracterizar posibles estructuras enterradas con el fin de garantizar su preservación (Bongiovanni et al., 2008), y reciente trabajando en colaboración con arqueólogos santafecinos se han podido hallar y caracterizar los restos del fuerte Sancti Spiritus (Bonomo y otros, 2012).
También hemos realizado estudios arqueo-geofísicos en la Manzana de Las Luces (Bonomo y otros, 2016, Osella y otros, 2015), donde funcionó una Misión Jesuítica y, posteriormente, la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA, y en el la antigua Aduana Taylor (Osella y otros, 2009), donde hoy se encuentra el museo de la Casa de Gobierno de La Nación. Otros estudios que hemos realizado han estado relacionados con estructuras culturales con características distintas de las anteriores, como ser un monumento (Bonomo y otros, 2015). En este caso hemos investigado la estructura interna del pedestal, lo que brindó información valiosa para una óptima preservación durante su desensamble y mantenimiento.

 

4. Estudios geofísicos y ambientales  de la laguna Llancanelo, región de Payenia, Mendoza.

 

El objetivo general de este proyecto es realizar un trabajo de investigación integral de carácter geológico-geofísico-ambiental del área de la Laguna Llancanelo y sus alrededores, incluyendo el análisis preliminar de aspectos ecológicos del ambiente acuático, vegetación y la evolución ambiental reciente de la laguna. Uno de los aspectos novedosos es la implementación de métodos geofísicos terrestres como herramienta de conocimiento de medios lacustres. Varios de los estudios propuestos serán realizados por primera vez en la región. Al presente se ha realizado un relevamiento geofísico de subsuelo hasta los primeros centenares de metros de profundidad para reconocer la distribución espacial de las secuencias estratigráficas, utilizando métodos eléctricos y electromagnéticos (Osella y otros, 2007; Violante y otros, 2008; 2009).

 

5. Sedimentología.

 

Recientemente hemos estado trabajando en la caracterización de distintos tipos de depósitos eólicos y fluviales, en las provincias de Buenos Aires, La Rioja y Catamarca, procurando determinar la estructura de los mismos y la dinámica de sedimentación. Esto tiene relevancia en cuanto a la construcción de modelos geológicos, el aprovechamiento de áreas de cultivo, la evaluación de los procesos de desertificación y la protección de las áreas pobladas. 

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

 

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