GPR: GROUND PENETRATING RADAR

¿Que es el Georradar o Radar de Penetracion Terrestre?

Georadar GPR Ground Penetrating Radar.

El radar de subsuelo o georadar GPR es un método de prospección que se basa en la emisión y propagación de ondas electromagnéticas en un medio, con la posterior recepción de las reflexiones que se producen en sus discontinuidades.

Las discontinuidades son cambios bruscos de los parámetros electromagnéticos del subsuelo, es decir, de la conductividad, la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética.

Los registros que se obtienen son similares a los obtenidos cuando se realizan estudios de sísmica de reflexión, con la diferencia de que, en el caso del Georadar (GPR), se maneja con frecuencias mucho más altas y la emisión de pulsos se puede realizar muy rápidamente.

Por este motivo, aunque se trata de registros puntuales trazas o radargramas pueden llegar a considerarse registros continuos.

La información que aportan estos radargramas es muy variada, principalmente se trabaja con tiempos de llegada. El tipo de estudio de subsuelo básico consiste en determinar velocidades de propagación promedio y junto con los tiempos de propagación registrados para cada evento, localizar la discontinuidad en la que se ha producido la reflexión, determinando su situación horizontal y la profundidad a la se encuentra. La profundidad que se puede alcanzar depende de las condiciones de medio analizado y del equipo utilizado.

Los radargramas también pueden suministrar información si analizamos las amplitudes de los diferentes eventos. Este parámetro y la velocidad dependen del medio y permiten caracterizarlo.

El equipo consiste en un sistema de control o computadora conectado a unas antenas que se desplazan sobre la superficie del medio que se quiera analizar.

Estas antenas se encargan de emitir energía hacia el interior del medio y de registrar las ondas que provienen de las reflexiones producidas en las discontinuidades interiores.

Los avances que han experimentado las técnicas de prospección con georadar (GPR) ha ampliado los campos de aplicación abriendo las puertas a nuevas posibilidades y estudios.

Debido al gran interés en los estudios superficiales altamente resolutivos del subsuelo este avance se está desarrollando con mucha rapidez. Cada vez aumenta el número de aportes científicos que se realizan en este campo contribuyendo a este espectacular avance. Son muchos los ejemplos de estos aportes que van desde estudios de casos concretos hasta simulaciones por ordenador, pasando por ensayos experimentales y desarrollo de programas informáticos y de equipos

Adicionalmente podrás encontrar muchísima información de ejercicios resueltos, libros y videos de: Geotecnia y mecanica de suelos.

¡Que aprendas y disfrutes de este contenido, saludos!

Video de GPR

¿Como funciona el Georadar de penetracion terrestre (GPR)?

GPR utiliza ondas de energía en la banda de microondas, que varían en frecuencia de 1 a 1000 MHz. GPR requiere dos equipos principales: un transmisor y una antena receptora. El transmisor envía energía electromagnética al suelo y otros materiales. Ground Penetrating Radar (GPR), funciona emitiendo un pulso en el suelo y registrando los ecos que resultan de los objetos del subsuelo. Los dispositivos de imágenes GPR también detectan variaciones en la composición del material del suelo.

Si el impulso electromagnético golpea un objeto, la densidad del objeto refleja, refracta y dispersa la señal. El receptor detecta las señales que regresan y registra las variaciones dentro de ellas. El sistema GPR tiene un software que traduce estas señales en imágenes de los objetos en el subsuelo. Así es como se utiliza para mapear estructuras y servicios públicos enterrados en el suelo o en estructuras artificiales.

Los Georadares pueden ser integrados con sensores GPS, desde un GPS portatil hasta aquellos sistemas de navegación más complejos, como cinemática satelital en tiempo real (GNSS-RTK). Para la mayoría de las aplicaciones, las posiciones GPS se registran constantemente mientras se hace el estudio topo.

¿Que detecta el GPR?

Las señales de radar de penetración terrestre se pueden utilizar para encontrar una amplia gama de elementos. Esta herramienta subterránea es más eficaz cuando existe una gran diferencia entre la propiedad electromagnética del objetivo y el material circundante. GPR se usa a menudo para mapear elementos hechos de los siguientes materiales.

Metal,
El plastico,
CLORURO DE POLIVINILO,
Hormigón,
Materiales naturales.

Las posibles aplicaciones son prácticamente infinitas. GPR se utiliza con frecuencia para detectar:

Líneas y tuberías subterráneas de servicios públicos,
Cambios en los estratos del suelo,
Características geológicas y obstrucciones rocosas,
Bolsas de aire o vacíos,
Zonas excavadas y rellenadas,
Napas freáticas,
Base.

Ventajas del Radar de Penetracion Terrestre

GPR es una forma de topografía extremadamente rentable y no invasiva. Proporciona información invaluable incluso antes de que los trabajadores comiencen a excavar.
GPR es seguro para su uso en espacios públicos y una amplia variedad de sitios de proyectos.
Detecta objetos metálicos y no metálicos, así como huecos e irregularidades subterráneas.

Permite medir las dimensiones, la profundidad y el grosor de los objetivos.
Los datos se proporcionan rápidamente y pueden cubrir un área grande del sitio.
Solo es necesario escanear un lado de la superficie para proporcionar datos.
Las frecuencias se pueden regular para ofrecer un rango de resolución y profundidades de penetración.
Los datos recopilados durante la encuesta pueden verse inmediatamente o utilizarse en proyectos posteriores.
No es necesario cavar, excavar o alterar el suelo.
El paisajismo, las estructuras, el césped, etc. no se deben alterar durante el proceso de inspección.
Es menos costoso que otros métodos.
Descubra cuándo llamar a un localizador privado de servicios públicos .

¿Dónde se puede utilizar el GPR?

Como ocurre con todos los tipos de imágenes de radar, GPR ofrece diferentes niveles de precisión según las condiciones.

Localice y mapee tuberías y cables metálicos y no metálicos (de plástico, de hormigón). Documente con precisión los sitios para la asignación e ingeniería completas de utilidades de subsuperficies.

GPR puede detectar características del subsuelo tradicionalmente no localizables que incluyen:

Tuberías metálicas y no metálicas (PVC, fibrocemento, sistemas de alcantarillado y tormentas de hormigón)
Servicios públicos con cables trazadores rotos o dañados Tanques de almacenamiento subterráneo
Baldosas de drenaje
Estructuras que no son de utilidad (bóvedas, muros de cimentación)

GPR complementa la tecnología electromagnética (EM) tradicional mediante:

Delinear los servicios públicos en las proximidades
Proporcionar estimaciones de profundidad confiables Permitiendo la visualización de datos para mapear mejor el subsuelo
Informar y archivar resultados para referencia futura

Evaluación de hormigón

Corte y hormigón central de forma segura mediante la localización de conductos, cables posteriores a la tensión, armadura y malla de alambre de refuerzo, y detección de cables de carga de corriente.

Es beneficioso utilizar GPR para evitar daños antes de cortar y descorazonar porque:

Cortar los componentes estructurales puede reducir la integridad de la estructura.
Cortar un conducto empotrado, una tubería de gas o un cable de postensado puede costar vidas
No hacerlo expone a su empresa y a sus clientes a reclamos por daños y posibles peligros para la seguridad.

GPR puede ayudar con:

Localización de elementos estructurales en hormigón como:
Barras de refuerzo
Cables de postensado
Tuberías y conductos metálicos y no metálicos
Malla de alambre
Ubicación de conductos (plásticos y metálicos) y líneas de calefacción en el piso en concreto, o justo debajo de una losa a nivel
Mida la profundidad de la cubierta de empotramientos
Asignar armaduras y patrones de armaduras
Medir el espesor de la losa
Detección de huecos y cavidades debajo de losas a nivel.

Minería y canteras

Las RPG se pueden utilizar para la exploración de minerales, la seguridad minera y la integridad estructural, y para detectar cambios en el tipo de roca y las fracturas de los sentidos, fallas y articulaciones.

GPR tiene un uso generalizado en minería, canteras y túneles.

GPR puede detectar cambios en el tipo de roca y detectar estructuras importantes como fracturas, fallas y juntas.

Las aplicaciones específicas incluyen la definición de la estructura geológica, la exploración de minerales, la determinación del espesor de la sobrecarga, la evaluación del sitio de la mina, el diseño de túneles, la estabilidad de la masa rocosa, la clasificación de depósitos aluviales y la delimitación de la zona mineral.

Exploración de minerales y placer

GPR se utiliza en todo el mundo para la exploración minera. El uso más común es la exploración de depósitos fluviales de oro y diamantes, así como depósitos de playa de titanio y minerales pesados ricos en hierro. Otros usos de GPR incluyen la detección y seguimiento de vetas ricas en minerales, zonas de fallas importantes y exploración de níquel laterítico.

Túneles y minas subterráneas

Se pueden abordar varios desafíos geológicos con GPR. Ya sea que intente examinar la estabilidad del macizo rocoso o localizar zonas mineralizadas, GPR proporciona un método poderoso para observar el subsuelo. La sal y la potasa presentan escenarios muy favorables para el uso de GPR.

Calidad de roca de cantera La extracción de roca para la construcción de piedra requiere la selección de roca sana y viable. La capacidad de GPR para detectar la integridad de la estructura y las juntas y grietas no deseadas antes de la extracción ofrece un beneficio económico importante. Las operaciones de extracción de mármol, granito y piedra caliza en todo el mundo utilizan GPR para decisiones críticas de desarrollo.

Geotécnica Ambiental

La GPR puede medir la profundidad de la roca, la estratigrafía del suelo y detectar los agujeros de los sumideros y las características kársticas. Las aplicaciones ambientales incluyen la localización de tanques de almacenamiento, barriles y tuberías abandonadas y la delimitación y rehabilitación de contaminante.

El desarrollo de ingeniería y la evaluación de las condiciones del agua subterránea exigen una definición sólida de las condiciones del subsuelo.

La capacidad de GPR para definir estratos geológicos y detectar estructuras geológicas anómalas lo convierte en una herramienta habitual en el arsenal de métodos del geofísico de ingeniería.

Además, GPR es uno de los pocos métodos que es directamente sensible al contenido de agua y la química.

Las aplicaciones van desde la selección de rutas para carreteras, ferrocarriles y tuberías hasta la evaluación de karst, Ingeniería geotécnica e hidrogeología.

Ingeniería geotécnica

La capacidad de GPR para proporcionar una estructura geológica subterránea de alta resolución conduce a usos geotécnicos generalizados de GPR.

Las aplicaciones son amplias, como la determinación de la profundidad del lecho rocoso, la definición de la estratigrafía del suelo, la identificación de características kársticas y la ubicación de canales de agua subterránea enterrados.

Hidrogeología

La sensibilidad de GPR al contenido de agua del suelo y la estructura geológica lo convierten en un método natural para las investigaciones hidrogeológicas. Desde la delimitación del nivel freático hasta la estructura del lecho de los arroyos y ríos y el monitoreo del flujo de contaminantes en el pozo, el espectro de usos del GPR es amplio y variado.

Infraestructura

Analizar las condiciones estructurales interiores del hormigón. Localice incrustaciones y cables posteriores a la tensión, evalúe la corrosión y el deterioro y detecte vacíos o cavidades bajo hormigón.

GPR ahora se usa ampliamente para evaluar el interior de estructuras de hormigón. Al cortar y extraer núcleos para renovación y reparación, es prioritario evitar los cables de refuerzo, postensado y los conductos empotrados.

GPR puede detectar características metálicas y no metálicas, lo que lo convierte en una herramienta de imagen versátil. Los registros de construcción de muchos edificios no están fácilmente disponibles y la construcción a menudo difiere del diseño, lo que hace que GPR sea la única forma de asegurar lo que hay allí.

GPR para Arqueología

Proporciona un método no intrusivo para mapear fundaciones antiguas, infraestructura histórica, reliquias antiguas y tumbas no marcadas, lo que permite la excavación dirigida

Arqueología de campo

El radar de penetración terrestre o GPR es un sistema utilizado en geofísica para escanear, cartografiar y registrar información sobre el subsuelo de la tierra. Los arqueólogos han empleado este procedimiento técnico durante varios años y también es común en otros campos científicos como los estudios ambientales, la geología e incluso la ingeniería civil.

La geofísica arqueológica implica métodos para recopilar datos que permiten al arqueólogo de campo obtener imágenes y mapear las características arqueológicas subyacentes, que de otra manera serían imposibles de detectar utilizando métodos de campo tradicionales.

Los arqueólogos pueden aprovechar los cambios físicos y químicos dentro del suelo en relación con la presencia o ausencia de objetos subterráneos. Utilizando instrumentos de alta sensibilidad, el técnico especializado puede medir, mapear e interpretar las señales de datos, recibidas por el sistema GPR, en información útil para planificar la excavación.

Encuesta no intrusiva

La mayor ventaja del radar de penetración terrestre es que ofrecen una forma no invasiva y no destructiva de recopilar información sobre la superficie cercana. Los sitios grandes con restos ocultos se pueden ver y analizar de manera eficiente y precisa, al tiempo que se conserva el sitio.

Los mapas de GPR ofrecen datos de levantamiento primario útiles que se pueden utilizar para establecer sitios de excavación o incluso identificar áreas sensibles donde se pueden encontrar restos culturales, como sitios de enterramiento, que pueden necesitar un proceso de extracción especial y, por lo tanto, la información puede guiar a los arqueólogos para evitar perturbar o destruir estas ubicaciones. Los estratos sedimentarios y los artefactos enterrados tienen una composición física y química peculiar. Esto influye en la velocidad de propagación de la onda electromagnética (conductividad eléctrica y permeabilidad magnética).

Las diferencias o variaciones en las ondas recibidas significan la presencia de objetos, vacíos, cambios en las propiedades físicas, etc. Los patrones en las imágenes del subsuelo son indicativos de características arqueológicas subyacentes tales como arquitectura o artefactos. Contáctenos si necesita ayuda para interpretar datos de radar de penetración terrestre para arqueología.

Forense y cumplimiento de la ley

Encontrar evidencia enterrada: cuerpos, armas, drogas. Detectar artefactos sin estallar enterrados, artefactos explosivos improvisados y túneles. Monitorea el movimiento de intrusión, seguridad y búsqueda y rescate.

Policía

La policía utiliza GPR para descubrir escondites enterrados de drogas, armas y dinero, así como para localizar tumbas clandestinas. La capacidad de GPR para detectar objetos enterrados metálicos y no metálicos ha llevado a un uso cada vez más amplio en la ciencia forense. Si bien GPR no ofrece los resultados de fantasía que se muestran en algunos programas de televisión, GPR puede proporcionar información valiosa a los cientificos forenses que necesitan realizar investigaciones detalladas del sitio del subsuelo.

Seguridad

Abundan las medidas de seguridad, de emergencia y los usos militares de GPR.

La sensibilidad única de GPR a estructuras no metálicas incrustadas en suelos, rocas y materiales de construcción hace que GPR se use en diversas aplicaciones, como búsqueda y rescate, ubicación de túneles, detección de intrusiones, MUSE, detección de minas terrestres y IED enterrados

Los usos militares de GPR se centran principalmente en la ubicación y detección de dispositivos explosivos enterrados.

Para la limpieza de áreas, el GPR se usa en campos y sitios antiguos para identificar artefactos explosivos sin detonar (MUSE).

Las aplicaciones de campañas en vivo más recientes involucran la ubicación e identificación en tiempo real de dispositivos explosivos improvisados (IED) enterrados y mecanismos de fusión enterrados.

Monitoreo de intrusiones

Los usos de seguridad de GPR son muy variados. Una aplicación común es la ubicación de alambres y cables empotrados en estructuras. La ubicación de búnkeres enterrados, túneles y escondites enterrados son áreas de creciente interés. La capacidad de detectar el movimiento humano a través de paredes y subterráneos hace que el GPR se utilice para la detección de intrusos.

Búsqueda y rescate

GPR tiene la capacidad de detectar los movimientos y la respiración de las víctimas. Los equipos de respuesta a emergencias ahora están viendo los beneficios de usar GPR para detectar víctimas vivas enterradas en edificios dañados, deslizamientos de tierra y escombros de avalanchas. La localización inmediata de víctimas en el sitio se puede realizar con Rescue Radar utilizando un registro de datos especializado en intervalos de tiempo.

Propiedades del suelo y material del suelo.

GPR funciona enviando un pequeño pulso de energía al suelo y luego registrando la fuerza de las señales reflejadas y el tiempo que tardan en regresar al receptor. Un escaneo consiste en una serie de pulsos sobre un área única. Mientras que parte del pulso de energía GPR se refleja en la antena receptora, parte de la energía continúa viajando a través del material hasta que se disipa, o la sesión de exploración simplemente termina. La tasa de disipación de la señal varía ampliamente, dependiendo de las propiedades de los materiales.

El GPR se aplica a una variedad de materiales molidos, que incluyen:

Tierra,
Roca,
Hielo,
Agua dulce,
Pavimento,
Estructuras de hormigón.

A medida que el pulso de energía entra en un material con diferente permitividad dieléctrica u otras propiedades de conducción eléctrica, produce una reflexión. La fuerza, o amplitud, de la señal es el resultado del contraste en las constantes dieléctricas y conductividades entre los dos materiales. Un pulso que se mueve de arena húmeda a arena seca producirá una reflexión muy fuerte, por ejemplo, en comparación con la reflexión relativamente débil que se produce al pasar de arena seca a piedra caliza.

Profundidad de penetración del radar de penetración terrestre

El suelo en sí puede limitar la profundidad a la que penetran las señales GPR hasta 30 metros (100 pies) de profundidad. El suelo tiene resistividad eléctrica, lo que significa que se opone al flujo de corriente eléctrica hasta cierto punto. A medida que la señal penetra más profundamente, naturalmente se vuelve menos efectiva. Esto depende principalmente del tipo de suelo o roca que se esté estudiando y de la frecuencia de la antena utilizada.

Por ejemplo, la profundidad máxima de penetración en el hormigón suele ser de unos 2 pies. En arcillas húmedas y otros materiales de alta conductividad, la profundidad de las señales de GPR es significativamente menor, alcanzando aproximadamente 3 pies (1 metro) o menos.

Los pulsos emitidos pueden ser de diferentes frecuencias, las más utilizadas en georadar son:

50-100 Mhz para profundidades mayores a 10 metros.
250 Mhz para utilidades mixtas entre 1 y 5 metros.
500 Mhz para utilidades mixtas entre 1 y 3 metros en alta resolución.
1000 Mhz para escaneo de concreto en alta resolución entre 0 y 1 metro.
1500 Mhz para escaneo en zonas pequeñas, paredes o pisos.

¿Cual es la diferencia entre GPR y Reflexion Sismica?

Los principios de GPR son muy similares a los de la sismología. La diferencia principal es que los radares de penetración terrestre usan energía electromagnética en lugar de la energía acústica de las ondas sísmicas, para detectar estructuras del subsuelo.

Los levantamientos de refracción sísmica registran señales que se doblan en el subsuelo y regresan a la superficie.

Las imágenes sísmicas son utilizadas para mapear estructuras horizontales debajo del suelo, y también son muy efectivas para caracterizar estructuras verticales.GPR usa energía electromagnética en forma de ondas de radio de alta frecuencia, estas ondas detectan eficazmente cambios en las propiedades eléctricas debajo de la superficie. La energía sísmica, por otro lado, detecta cambios en las propiedades mecánicas del subsuelo.

Fuentes:

Alexander, M. 1994. Biodegradation and Bioremediation. Academic Press, San Diego. 302 pp.
Fang, HY y J. Daniels. 2005. Introducción a la ingeniería geotécnica: una perspectiva medioambiental. Londres, Reino Unido: Taylor & Francis.
Ravindra K. Dhir OBE, Ciarán J. Lynn, en Materiales de construcción sostenible , 2017.
Rubilar, O. Biorremediación de suelos contaminados con pentaclorofenol (PCF) por hongos de pudrición blanca. Tesis para optar al grado académico de doctor en ciencias de recursos naturales. Universidad de La Frontera. Temuco. 2007.
Zienkiewiczo, C. (1977). El método de elementos finitos. 3ª edición. Barcelona: Ed. Reverté.

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