Obtención de permitividades efectivas para estudios de prospección con geo-radar. Comparación de métodos y aplicación en diferentes materiales.

      Se ha iniciado una búsqueda bibliográfica para ver cual es el estado actual de los trabajos de obtención de permitividades. Mayoritariamente los estudios se centran en unos tipos de materiales como son los hormigones y los asfaltos, haciendo servir métodos centrados en el cálculo de velocidades mediante los tiempos dobles de propagación de las ondas en el medio o mediante las amplitudes de las reflexiones. Es usual utilizar antenas de altas frecuencias ya que el rango de estudio de este tipo de materiales es pequeño, del orden del centímetro. A raíz de todo esto, el estudio se ha centrado en materiales más inusuales como seria la madera, el vidrio, etc., y por lo que hace a los métodos se ha optado por continuar con los dos anteriormente citados más un tercero que se basaría en calcular la velocidad característica del medio mediante la geometría de la hipérbola de refracción que provoca un objeto reflector pequeño en ser detectado por el geo-radar. Las antenas escogidas para hacer los ensayos de laboratorio han sido las de 900 MHz y 1000 MHz, ya que son, entre las que dispone el Departamento de Terreno y Cartografía, las más apropiadas.

      Una vez se ha escogido los materiales y los métodos, se ha hecho la campaña de cuatro tipos de ensayos: Tiempo, Amplitud, Hipérbola y Hipérbolas. Se ha descrito las características más comunes: en qué método de los tres anteriores se basan y la adecuación a una disposición entre antena y material que sea sencilla y eficiente; las dimensiones adecuadas del material para que el haz de ondas se ubique dentro; la posición, el rango y el ganancia necesarios para detectar la reflexión deseada; la adquisición de las datos y el tratamiento y la interpretación subjetiva de las imágenes mediante el programa RADAN^TH III. Se ha dado más énfasis en los dos últimos tipos de ensayos ya que se dispone de menos referencias bibliográficas.

      Obtenidos y interpretados los radargramas, que no son más que la imagen gráfica del perfil ejecutado con el geo-radar, el paso siguiente ha sido el cálculo propiamente dicho de las permitividades. Con los resultados en mano se ha analizado cualitativamente y cuantitativamente cada ensayo por separado, y después se ha hecho una comparación entre los ensayos y también con las permitividades conocidas durante la búsqueda bibliográfica. El análisis se ha dividido para cada material y para cada antena. Por norma general, en el ensayo de Tiempo se ha podido comprobar que el aire que envuelve el material disminuye la permitividad y aumenta la velocidad característica del medio, pero a más la antena de 900 MHz da valores aún más bajos de la permitivitat. Se ha observado que cuando se hace un ensayo de Amplitud hay un retardo en la reflexión inicial entre la antena y el aire que provoca una disminución de las distancias medidas. También se ha visto que es recomendable hacer este ensayo en materiales de bajas permitividades donde errores en la disposición de las antenas no provoca mucho error en el valor encontrado. Y ya en los ensayos de Hipérbola/as se ha encontrado causas que provocan distorsiones en la forma de la hipérbola, y un método de cálculo óptimo para encontrar la velocidad de propagación cuando se desconoce a qué profundidad hay el objeto reflector, como normalmente pasa cuando se quiere detectar una tubería, un cable de alta tensión, etc. Finalmente se ha englobado los valores encontrados de las permitividades para cada ensayo en un solo valor para cada material.

      Se anexan los cálculos realizados y las fichas para cada ensayo para iniciar una base de datos.

Agradecimientos IV

Listado de figuras V

Listado de tablas IX

Capítulo 1. Introducción 11
1.1 Objetivos 13

Capítulo 2. Métodos experimentales para la obtención de permitividades 14
2.1 Búsqueda bibliográfica 15
2.1.1 Escritos de ensayos en materiales 15
2.1.1.1 En hormigón y asfalto 16
2.1.1.2 En arenas, limos y arcillas 25
2.1.2 Escritos teóricos 27
2.2 Métodos y materiales escogidos para ensayar 30
2.2.1 Métodos escogidos 31
2.2.2 Materiales escogidos 31

Capítulo 3. Campaña de ensayos 33
3.1 Planificación de los ensayos 33
3.2 Ensayos 34
3.2.1 Ensayo 1: Tiempo 34
3.2.1.1 Método y disposición 34
3.2.1.2 Dimensiones 35
3.2.1.3 Posición, rango y ganancia 37
3.2.1.4 Adquisición de datos 38
3.2.1.5 Interpretación de las imágenes 39
3.2.2 Ensayo 2: Amplitud 40
3.2.2.1 Método y disposición 40
3.2.2.2 Dimensiones 41
3.2.2.3 Posición, rango y ganancia 42
3.2.2.4 Adquisición de datos 43
3.2.2.5 Interpretación de las imágenes 43
3.2.3 Ensayo 3: Hipérbola 45
3.2.3.1 Método y disposición 45
3.2.3.2 Dimensiones 46
3.2.3.3 Posición, rango y ganancia 46
3.2.3.4 Adquisición de datos 46
3.2.3.5 Interpretación de las imágenes 47
3.2.4 Ensayo 4: Hipérbolas 51

Capítulo 4. Estudio de los resultados 52
4.1 Resultados de los ensayos 52
4.1.1 Ensayos de Tiempo 52
4.1.2 Ensayos de Amplitud 58
4.1.3 Ensayos de Hipérbola 60
4.1.4 Ensayos de Hipérbolas 62
4.2 Comparación de los ensayos 66

Capítulo 5. Conclusiones 70

Bibliografía 73

      Para acabar el análisis se da en la tabla 1 un valor de las permitividades finales para cada material, encontradas mediante todos los ensayos hechos en esta tesina.

Tabla 1. Permitividades características obtenidas en los materiales ensayados