Evaluación crítica del modelo teórico del terreno de dos capas horizontales utilizando simulación computacional

Abstract

Esta memoria presenta un análisis crítico del modelo teórico de terreno compuesto por dos capas horizontales, aplicado a mediciones de resistividad mediante el método Wenner, utilizando simulaciones computacionales como herramienta principal de evaluación. La motivación central radica en la importancia de caracterizar adecuadamente el subsuelo para diseñar sistemas de puesta a tierra seguros y eficientes en instalaciones eléctricas, así como en la necesidad de evaluar la vigencia y limitaciones de los modelos teóricos tradicionales frente a condiciones reales más complejas. El trabajo se estructura a partir de una revisión detallada del marco teórico relacionado con la resistividad del suelo, los métodos de prospección eléctrica más utilizados, y los modelos matemáticos y gráficos empleados para representar la variabilidad eléctrica del subsuelo, con especial énfasis en la metodología gráfica de Sunde. Mediante el software COMSOL Multiphysics se modelaron más de 100 configuraciones de terreno, generando más de 14,000 simulaciones. Estas abarcaron desde escenarios ideales con dos capas horizontales hasta terrenos con tres capas y estructuras heterogéneas, como volúmenes rocosos. Se realizó un análisis de sensibilidad sobre parámetros clave, como resistividades y espesores, evaluando la precisión de los modelos equivalentes de dos capas, tanto con ajustes analíticos como gráficos. Los resultados indican que el modelo de dos capas, ajustado matemáticamente, presenta alta confiabilidad en terrenos que cumplen dicha configuración, con errores generalmente menores al 2%. No obstante, su precisión disminuye al incorporar capas adicionales, donde el ajuste gráfico ofrece mejores resultados. En suelos con heterogeneidades internas, como bloques rocosos, el modelo de dos capas se mantiene aplicable, dado que estas irregularidades tienden a quedar enmascaradas en la respuesta eléctrica global, dentro del rango de parámetros considerado. Como aporte principal, se propone una guía fundamentada para seleccionar el método de ajuste más adecuado en función de la forma de las curvas de resistividad aparente, facilitando su aplicación en campañas reales, incluso en ausencia de información previa sobre la estructura del subsuelo. En conclusión, esta memoria contribuye al conocimiento aplicado sobre la representatividad de los modelos teóricos en el análisis de resistividad del suelo, y entrega herramientas prácticas que permiten optimizar la interpretación de datos en terreno.