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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES DEPARTAMENTO DE FÍSICA

GRUPO DE GEOFISICA APLICADA Y AMBIENTAL

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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Departamento de Física Grupo de Geofísica Aplicada y Ambiental

ESTUDIO GEOFISICO REALIZADO EN EL SECTOR DE LA PLAYA DE ESTACIONAMIENTO – MANZANA DE LAS LUCES Objetivos. Estudio geofísico para la caracterización de estructuras enterradas en el sector correspondiente al actual estacionamiento, en la Manzana de las Luces.

Métodos Geofísicos. Los métodos geofísicos permiten obtener las propiedades del subsuelo a partir de mediciones en superficie. Más precisamente, detectan variaciones en ciertas propiedades físicas (conductividad eléctrica, permitividad eléctrica, permeabilidad magnética) cuya interpretación permite proveer la información necesaria para caracterizar estructuras u objetos enterrados. En la resolución de cada método influyen las características de los equipos y/o métodos de interpretación así como el tipo de objeto que se quiere caracterizar y el entorno que lo contiene. Hay que tener en cuenta que todos los métodos de prospección son indirectos, es decir, se quiere definir lo qué hay en profundidad con información sólo de la superficie. Esto hace que no se pueda saber a priori qué es lo que se va a encontrar. Lo que sí hay que garantizar antes de emprender el trabajo, es la profundidad de investigación, es decir, hasta que profundidad se puede caracterizar el subsuelo (lo que habitualmente se denomina estudios de factibilidad). Esto, en realidad, es un trabajo en sí mismo, porque no cualquier método es adecuado en toda situación y es fundamental estimar las capacidades y resoluciones en cada caso. Si se cumple ese objetivo con el método que proponemos, y se acepta, realizamos el trabajo y los resultados indicarán las estructuras que se encuentran enterradas y será después una tarea interdisciplinaria identificarlas. Para determinar la viabilidad de estos métodos para los objetivos planteados, principalmente determinar el trazado de túneles y presencia de oquedades y estructuras enterradas hasta cuatro metros aproximadamente, se realizaron estudios de prefactibilidad.

Estudios de prefactibilidad Las pruebas de factibilidad se hicieron en Febrero de 2011 primero con el método geofísico de Georadar (o GPR, por Ground Penetrating Radar), con el objeto de determinar las posibilidades de este método en cuanto a la caracterización de estructuras arqueológicas enterradas hasta las profundidades requeridas. ______________________________________________________________________ Ciudad Universitaria - Pab. 1 - 1425 - Buenos Aires - Argentina TE: 54 11 4576-3390 int. 833 - Fax: 54 11 4576-3357 - E-mail: [email protected]

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Método de Georadar

El método de GPR detecta discontinuidades de la permitividad eléctrica del subsuelo. En su variante más usual, se emiten pulsos electromagnéticos desde una antena ubicada en la superficie de la tierra. Los pulsos emitidos se propagan a través del subsuelo, se reflejan en las discontinuidades de permitividad del mismo y, bajo ciertas circunstancias, retornan hacia una antena receptora, también ubicada sobre la superficie de la tierra. Las señales registradas a través de la antena receptora son procesadas y luego analizadas. El análisis de las señales de los pulsos permite, por ejemplo, determinar el tiempo entre su emisión, reflexión en una dada interfaz, y recepción. Con este intervalo de tiempo y suponiendo conocida la velocidad de propagación en el subsuelo, se calcula la profundidad del reflector, para cada posición sobre el terreno. De esta manera, es posible definir las estructuras que componen el subsuelo. La profundidad de penetración que puede alcanzarse con GPR depende de la frecuencia del pulso utilizado y de las características del subsuelo. Como regla general, a menor frecuencia, mayor es la penetración de la señal, aunque con resolución lateral y vertical menor. El tipo de suelo es un factor fundamental en cuanto a la penetración, pues la presencia de estratos con arcillas, limo y humedad, por ejemplo, atenúan rápidamente la señal, lo cual puede afectar en forma significativa la detectabilidad en profundidad. Descripción de los sondeos

Para evaluar las posibilidades del método, se adquirieron datos a lo largo de distintas líneas de prospección, cuyas posiciones se esquematizan en la Figura 1 (en verde). Las líneas orientadas a lo largo de la dirección x tuvieron una longitud de 27.5 m, mientras que las líneas en dirección y tuvieron una longitud de 31.5 m. Primero se utilizaron antenas de 500 MHz y luego de 250 MHz, frecuencias habituales en prospección arqueológica, dado que éstas suelen presentar balances adecuados entre resolución y penetración para blancos tales como paredes, cimientos, huecos de túneles, etc.

Perú Figura 1. Distribución de las líneas de GPR (en verde) y Geoeléctrica (rojo) para los estudios de prefactibilidad en el Estacionamiento

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4 La Figura 2 muestra una sección vertical de los datos adquiridos a lo largo de una de las líneas con dirección y, con antenas de 500 MHz. En la figura se ha agregado un segundo eje vertical, correspondiente a la profundidad (“Depth”), el cual, en esencia, surge de multiplicar el tiempo de viaje (“Time”) con la velocidad de propagación v = (0.085 +/0.002) m/ns. Esta velocidad es el promedio de un conjunto de velocidades obtenidas a partir de ajustes hiperbólicos realizados sobre señales de difracción observadas en las secciones verticales del sitio. La Figura 3 muestra uno de estos ajustes, mientras que la Figura 4 muestra la distribución de velocidades resultantes.

Figura 2. Sección vertical de datos correspondiente a una de las líneas realizadas a lo largo del eje y, usando antenas con frecuencia nominal 500 MHz

Figura 3. Ajuste de una hipérbola sobre una de las señales de difracción observadas en el sitio.

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Figura 4. Distribución de velocidades resultantes de los ajustes de hipérbolas sobre las señales de difracción registradas en el sitio

Retornando la Figura 2, en ella pueden observarse dos reflexiones principales relativamente horizontales aunque bastante discontinuas, la primera de ellas entre los tiempos 4 ns y 6 ns (menos de 0.3 m de profundidad), y la segunda entre 7 ns y 11 ns (0.3 m a 0.5 m, aproximadamente), ambas señaladas en la figura con líneas poligonales. Más allá de estos tiempos (profundidades) sólo se observan señales secundarias, en particular, colas de reverberación, las cuales pueden observarse claramente alrededor de y = 7 m, y = 11 m, y = 12.5 m e y = 20 m, así como múltiples, tal como el relacionado con el segundo reflector mencionado (indicado en la figura con línea punteada). La Figura 5 muestra otra sección vertical para antenas de 500 MHz, esta vez correspondiente a una línea adquirida a lo largo del eje x. Al igual que en el ejemplo anterior, sólo se observan señales claras hasta los 12-14 ns, mientras que por debajo de estos valores sólo existen reverberaciones y múltiples, además de algunas señales de baja intensidad que se discontinúan a lo largo del perfil.

Figura 5. Sección vertical de datos correspondiente a una de las líneas realizadas a lo largo del eje x, usando antenas con frecuencia nominal 500 MHz ______________________________________________________________________ Ciudad Universitaria - Pab. 1 - 1425 - Buenos Aires - Argentina TE: 54 11 4576-3390 int. 833 - Fax: 54 11 4576-3357 - E-mail: [email protected]

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El ejemplo de la Figura 6 muestra una sección vertical de datos para una línea adquirida a lo largo del eje y, con antenas de 250 MHz. Puede observarse que las señales son claras hasta aproximadamente 20 ns. Más allá de este tiempo, sólo se observan indicios de señal primaria, siempre por encima de los 25 ns, además de múltiples y reverberaciones. Esto mismo se observa en relación con los perfiles adquiridos a lo largo de la dirección x, por ejemplo, el que se muestra en la Figura 7. En este caso, también se hace evidente la existencia de interferencia ambiental, la cual se manifiesta como un conjunto de franjas “verticales” que abarcan todo el rango de tiempos, con separación constante entre sí.

Figura 6. Sección vertical de datos correspondiente a una de las líneas realizadas a lo largo del eje y, usando antenas con frecuencia nominal 250 MHz.

Figura 7. Sección vertical de datos correspondiente a una de las líneas realizadas a lo largo del eje x, usando antenas con frecuencia nominal 250 MHz

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Comentarios finales

Las profundidades de penetración obtenidas en el sector con las configuraciones de GPR utilizadas han sido de aproximadamente 0.6 m, para las antenas de 500 MHz y 0.8 m, para las de 250 MHz (velocidad de propagación v = (0.085+/-0.002) m/ns). Dentro de estos rangos de profundidades, el GPR presenta buena calidad de señal, con máxima potencialidad de detección. Por debajo de los mismos sólo hay detección marginal, y no más allá de los 0.9 m y 1.2 m, para las antenas de 500 MHz y 250 MHz, respectivamente. Es decir, en estos rangos de profundidades los niveles de señal primaria en general son demasiado bajos y del orden del ruido circundante, por lo que sólo se detectan reflectores ocasionalmente. Distintas señales primarias de baja calidad obtenidas en esta franja no han podido ser mejoradas significativamente mediante el aumento de stacking y/o el procesado adicional de los datos. Las características de las señales de GPR obtenidas indican que en el suelo del sector existen porcentajes importantes de arcilla y limo, con grados de humedad considerables. Estos materiales absorben fuertemente las señales emitidas en el rango de frecuencias utilizado y limitan la penetración. El uso potencial de antenas con frecuencias nominales inferiores queda asimismo limitado debido a su habitual baja eficiencia en el blindaje y al ruido ambiente observado en la respectiva banda de radiofrecuencias.

Método Geoeléctrico

Teniendo en cuenta que la penetración del georadar no es suficiente en este caso, se probó con el método geoeléctrico. Mediante la aplicación del mismo se busca obtener una imagen del subsuelo en términos de la distribución de resistividades eléctricas. Esta imagen muestra las variaciones de la resistividad del subsuelo tanto laterales como en profundidad, lo que permite detectar y caracterizar cuerpos o estructuras cuya resistividad difiera de las del medio circundante. Para obtener dicha imagen se emplea una fuente artificial de corriente mediante la cual se inyecta corriente de intensidad I a través de un par de electrodos A y B y se realizan mediciones de la diferencia de potencial (∆V) en otros dos electrodos M y N sensores- (Figura 2.1) cuyas posiciones se eligen convenientemente. Midiendo la intensidad de corriente inyectada en el suelo, la diferencia de potencial y las distancias relativas entre los electrodos, se obtienen los datos de campo a partir de los cuales se calcula la distribución de resistividades subsuperficiales. De esta forma, se obtiene información del subsuelo con mediciones realizadas solamente en superficie, Para los perfiles de geoeléctrica se utiliza un resistivímetro automático multielectrodo Saris 500, marca Scintrex:

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Figura 8. Equipo para adquisición automática de datos geoeléctricos Saris 500

Como se observa en la figura 8, los electrodos se clavan en el piso. Para el caso en que el suelo es rígido, es necesario perforar para ubicarlos. Para el presente caso, se los clavó entre adoquines, según se ve en la Fig. 9.

Figura 9. Tendido de electrodos en la playa

La profundidad de penetración y la resolución lateral del método depende de dos factores fundamentales: a) características del medio (depende del material subsuperficial) y b) la forma de realizar los sondeos, y esto lo condicionan las características del lugar. ______________________________________________________________________ Ciudad Universitaria - Pab. 1 - 1425 - Buenos Aires - Argentina TE: 54 11 4576-3390 int. 833 - Fax: 54 11 4576-3357 - E-mail: [email protected]

9 Como el objetivo de este trabajo es tener buena resolución tanto lateral como en profundidad, se utiliza la configuración dipolo-dipolo. Se colocan los electrodos consecutivos al comienzo de la línea de manera tal que se encuentren separados a distancias iguales ( a ) siendo el punto de sondeo el punto medio entre los electrodos B y M (Figura 10.I). Una vez tomada la medición de resistividad aparente, dejando los electrodos de corriente fijos, se mueven los de potencial una distancia a cada uno, quedando así los electrodos B y M distanciados en 2 a , con lo que el punto de sondeo se corrió una distancia a 2 (Figura 10.II). Este procedimiento se repite un número n de veces con lo cual el punto de sondeo se desplaza lateralmente hasta una distancia na 2 . En general el n máximo puede alcanzar valores entre 6 y 9 dependiendo de la profundidad deseada para la prospección. Una vez terminada la serie de mediciones descripta, se mueven los electrodos de corriente cada uno una distancia a (Figura 10.III) y se repite el mismo procedimiento hasta el final de la línea (Figura 10.IV). Se dice que se realizó un sondeo utilizando la configuración Dipolo-Dipolo con aberturas electrónicas a.

Figura 10. Esquema de la secuencia de medición al realizar un mapeo lateral utilizando la configuración electródica Dipolo-Dipolo. X indica el punto de sondeo en la configuración indicada y los círculos, los puntos de sondeos previamente registrados.

De esta forma se produce un mapeo en profundidad -alejando los electrodos B y M- al mismo tiempo que se produce un mapeo lateral -desplazándose el punto de sondeo. Para procesar los datos se utilizan métodos de inversión, que consisten en códigos que permiten, a partir de la respuesta que originó la tierra frente a un estímulo (en este caso la inyección de corriente) obtener las características del medio, es decir, la distribución real de conductividades (o resistividades, recordemos que un parámetro es el inverso del otro). Este mapa en profundidad de la resistividad eléctrica se denomina Tomografía Eléctrica.

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10 Una vez procesados los datos, se obtiene una tomografía eléctrica que muestra la distribución de la resistividad eléctrica del subsuelo, en profundidad, a lo largo de la línea de muestreo. La escala de intensidad se muestra en colores, desde lo más conductor (rojo), que en general está asociado a suelos con arcillas y limos, hacia los valores más resistivos (azules) asociados, en zonas urbanas, con estructuras enterradas (cimientos, suelos compactados) y posibles oquedades (con aire y/o materiales de demolición).

Se hizo una prueba en el sector de la playa. Se realizó un tendido de 30 m con separación de electrodos de 1.5 m (ver ubicación en la Fig.1). El resultado se puede ver en la Fig. 10.

Figura 10. Tomografía eléctrica obtenida a partir de los datos obtenidos en la línea mostrada en la Fig. 1.

Los análisis de los datos indicaron que se puede tener una muy buena definición de la distribución de resistividad del subsuelo hasta profundidades del orden de los 7 metros, lo cual satisface los requerimientos para cumplir los objetivos propuestos.

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11 Desarrollo del Trabajo

De acuerdo a los resultados obtenidos en las pruebas de prefactibilidad, se decidió realizar en la zona de la playa de estacionamiento una prospección geoeléctrica. Si bien inicialmente se había propuesto realizar cinco perfiles, finalmente, para tener una mejor definición, se prospectaron nueve perfiles. Cada uno de estos perfiles se realizó con aberturas de 1.5 m y 3m, a fin de garantizar una buena resolución tanto en profundidad como lateralmente. Es decir, que se realizaron un total de 18 líneas. La ubicación de los perfiles se muestra en las Figs. 11 y 12. En la figura 11 se combinó el plano del subsuelo, correspondiente al año 1927 (fondo blanco) con el plano de la planta baja correspondiente a ese mismo año (fondo amarillo). La figura 12 corresponde al plano de 1895; en azul se ubica la posición del sótano.

Figura 11. Plano del subsuelo, correspondiente al año 1927 (fondo blanco) combinado con el plano de la planta baja correspondiente a ese mismo año (fondo amarillo). Se indican los perfiles geoeléctricos.

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Figura 12. Plano de 1895, en azul se ubica la posición del sótano. Se muestran superpuestos los perfiles geoeléctricos.

RESULTADOS

Para cada perfil, se combinaron los datos obtenidos para las líneas con aberturas de 1.5 y 3 m, y se invirtieron para obtener la correspondiente Tomografía Eléctrica. En la Fig. 13 se muestran los resultados para todos los perfiles. Como se indicó previamente, la tomografía eléctrica muestra la distribución de la resistividad eléctrica del subsuelo, en profundidad, a lo largo de la línea de muestreo. ______________________________________________________________________ Ciudad Universitaria - Pab. 1 - 1425 - Buenos Aires - Argentina TE: 54 11 4576-3390 int. 833 - Fax: 54 11 4576-3357 - E-mail: [email protected]

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Figura 13. Tomografías eléctricas obtenidas para todos los perfiles. ______________________________________________________________________ Ciudad Universitaria - Pab. 1 - 1425 - Buenos Aires - Argentina TE: 54 11 4576-3390 int. 833 - Fax: 54 11 4576-3357 - E-mail: [email protected]

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De los resultados mostrados en la Fig. 13, se pueden reconocer distintas estructuras que mantienen una relación entre sí.

Los detalles más importantes son los siguientes:

1. Aparece una estructura resistiva, de más de 100 ohm-m, alineada desde L1 hasta L5, entre los 3 y los 9 m, aproximadamente, y que aparece a una profundidad estimada entre 1 y 1.5 m. 2. Una estructura similar, también resistiva, pero más extendida lateralmente, aparece en L6 y L7. Esta también aparece en L8, más localizada. 3. Hay una capa superficial, resistiva, entre los 24 y 37 m, en L5, L6 y L7. La misma también se observa en las otras líneas en otras posiciones. Esto, tan superficial, probablemente está relacionado con el piso actual del estacionamiento, ya que en partes los adoquines están muy apisonados. 4. Aparece una anomalía muy localizada, en L1 a los 12 m y partir de los 3 m de profundidad, que se repite en L2 y L3 (aproximadamente en la dirección de la calle Perú), y pierde resolución en L4b. 5. Hay una anomalía localizada a los 30 m en L4, que se detecta como una interrupción de una capa conductora y que aparece a unos 3.5 m de profundidad. En L5 la misma está más desdibujada y centrada aproximadamente en los 24-25 m. En L6 aparece centrada a los 26m, en L7 vuelve a aparecer a los 24 m, y en L8 parece estar centrada a los 29 m. 6. Existe una anomalía localizada que aparece en L5 a los 18 m y a una profundidad de 4 m. 7. Se observa un medio base conductor, de hasta unos 20 ohm-m.

Estos son los rasgos más interesantes hallados. Un punto importante a considerar es cómo interpretar estos resultados. Los métodos geofísicos dan un mapeo de una propiedad física, en este caso la resistividad eléctrica. Como no hay una relación unívoca entre esta propiedad y el tipo de material, pues eso depende de distintos factores (humedad, compactación, etc), hay que tomar datos de pozos o tener alguna información de estructuras previas conocidas, para poder calibrar los resultados y asociar valores de resistividad con posibles estructuras.

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INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS

Lo primero que utilizamos para la interpretación son los datos de pozos. Se hicieron perforaciones de hasta 10 m. Se cuenta con dos resultados. Los correspondientes al pozo 1, ubicado a 7m, entre L6 y L7 y el otro, a 12 m cerca de L3. En el primer caso, el resultado fue que en esa columna de 10 m se encontró sólo material arcilloso y limo-arcilloso, típico del suelo en la ciudad. Si se observa tanto en L6 como en L7 a esa ubicación, se ve que los valores de resistividad no superan los 1520 ohm-m, lo cual muestra que las zonas con resistividades menores a esos valores corresponderían al suelo natural. Esto se ve reforzado por los resultados en el pozo 2. Aquí se encontró que los primeros 1.2 m correspondían a material de relleno, mientras que por debajo estaba nuevamente la secuencia arcillosa-limo-arcillosa encontrada previamente. En L3 esto se observa claramente. Hasta aproximadamente 1.5m la resistividad es alta (compatible con la capa de material de relleno) y por debajo la resistividad baja. De esto podemos concluir, como primer resultado, que las zonas conductoras corresponderían al suelo propio del lugar. Las variaciones de conductividad podrían asociarse a un mayor o menor contenido de humedad.

La interpretación de las anomalías resistivas se hizo en colaboración con el Dr. Marcelo Weissel Arqueólogo Asesor de la Comisión Nacional de Museos, Monumentos y Lugares Históricos, y basándonos en los planos de 1895 y 1927.

Para una mejor identificación de las estructuras, se muestra a continuación cada una de las tomografías presentadas en la Fig. 13 (distribución de la resistividad en profundidad a lo largo del perfil) con un corte de los planos en planta de 1927 y de 1895, según la ubicación de cada perfil. En cada una de estas figuras indicamos las anomalías encontradas, y la posible correlación con las estructuras detalladas en los planos. Usamos la misma letra para indicar anomalías con el mismo origen.

Aclaración: Todas las tomografías eléctricas tienen su origen a 1.2m de la pared que corresponde al fondo del terreno, como se indica en los planos.

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Figura 14. Tomografía eléctrica en profundidad correspondiente a L1 y cortes de planos en planta.

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Figura 15. Tomografía eléctrica en profundidad correspondiente a L2 y cortes de planos en planta.

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Figura 16. Tomografía eléctrica en profundidad correspondiente a L3 y cortes de planos en planta.

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Figura 17. Tomografía eléctrica en profundidad correspondiente a L4 y L4b, y cortes de planos en planta.

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Figura 18. Tomografía eléctrica en profundidad correspondiente a L5 y cortes de planos en planta.

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Figura 19. Tomografía eléctrica en profundidad correspondiente a L6 y cortes de planos en planta.

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Figura 20. Tomografía eléctrica en profundidad correspondiente a L7 y cortes de planos en planta.

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Figura 21. Tomografía eléctrica en profundidad correspondiente a L8 y cortes de planos en planta.

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24 RESUMEN FINAL

A partir de lo marcado e identificado en las figuras 14 a 21, se puede realizar el siguiente resumen: De los datos de pozo y corroborando lo obtenido en el estudio de prefactibilidad a partir de los datos del georadar, el suelo natural del lugar, como era esperable, es conductor dada su composición arcillosa y limo-arcillosa. En general, las anomalías aparecen como interrupciones en esa matriz conductora. Todas las anomalías A son coincidentes con el área donde se localizaba el sótano y por lo tanto podrían ser originadas por material de relleno o suelo muy apisonado. En casi todas las líneas se distingue claramente un cambio en la estructura eléctrica del suelo que coincidiría con el borde del sótano (B) Se detectó una anomalía (C) de origen desconocido en L1, L2 y L3, centrada alrededor de 3m de profundidad, alineada en una dirección paralela a la calle Perú. No se encontró una asociación de esta anomalía con alguna de las estructuras mostradas en los planos. Además, se observan otras anomalías localizadas lateralmente, que al comparar con los planos permitirían asociarlas con restos de las antiguas estructuras (por ejemplo, posición de sanitarios, pozos, columnas, etc). Desde la línea 4b hasta la L8 se detecta, con distinto grado de definición, una anomalía ubicada entre 3.5 y 4m de profundidad, y que aparece aproximadamente en 29-30m en L4 y L4b. En L5 la misma está más desdibujada y centrada aproximadamente en los 2425 m. En L6 aparece centrada a los 26m, en L7 vuelve a aparecer a los 24 m, y en L8 parece estar centrada a los 29 m. Estas anomalías podemos asociarlas con el tendido del túnel, que en general son coincidentes con el mapa conocido. Hay una indefinición en L5, pues allí, la anomalía parecería estar ubicada 2m a la izquiera, de la posición que tendría el túnel según los planos. Esto podría deberse a que en ese lugar el túnel esté colapsado y por lo tanto, no se obtenga una anomalía clara. De todas maneras la mejor definición se tiene en las líneas L4 y L4b. EQUIPO DE TRABAJO Dra. Ana Osella Dra. Patricia Martinelli Dr. Néstor Bonomo Dr. Matías de la Vega

Dra. Ana Osella Inv. Principal-Conicet Directora del Grupo de Geofísica Aplicada ______________________________________________________________________ Ciudad Universitaria - Pab. 1 - 1425 - Buenos Aires - Argentina TE: 54 11 4576-3390 int. 833 - Fax: 54 11 4576-3357 - E-mail: [email protected]