Mtodos elctricos

ORIGEN. Los primeros descubrimientos de que la Tierra actuaba como un conductor se deben en 1746 a Watson, quien not una corriente errtica que pasaba a travs de dos electrodos hincados en el terreno y separado varios kilmetros, de igual manera observ que cuando se cerraba el circuito conectando cables, el flujo era diferente. Con anterioridad, en 1720, Gray y Wheeler haban realizado medidas de resistividad en rocas, tabulando sus resultados. El uso comercial de los mtodos elctricos se debe a Marcel y Conrad Schlumberger en 1913. Durante la Primera Guerra Mundial lo aplicaron en la deteccin de minas y boyas marinas.

Fundamentos Tericos. Los mtodos elctrico tiene como objetivo el conocimiento de las resistividades elctricas presentes en el subsuelo mediante las medidas de diferencia de potencial (electrodos M y N) generadas por la inyeccin de una corriente elctrica en el subsuelo (electrodos A y B). Las dos tcnicas geoelctricas ms empleadas son las tomografas elctricas y los sondeos elctricos verticales (SEV).TOMOGRAFA ELCTRICA RESISTIVA. Muy desarrollada desde la aparicin de los equipos multielectrodo, permite obtener secciones 2D de alta resolucin de resistividad elctrica real mediante la inversin de pseudosecciones de resistividad aparente. Las tomografas elctricas no son ms que distintos niveles de las calicatas elctricas tradicionales sobre los que se realiza una inversin para obtener modelos 2D de resistividades reales.SONDEOS ELCTRICOS VERTICALES (SEV).

El mtodo consiste en colocar cuatroelectrodosalineados a igual distancia entre s (d). Se conecta una batera a los electrodos exteriores midiendo laintensidadque circula entre ellos, as como elvoltajeentre los electrodos intermedios. La resistividad viene definida por el cociente entre el voltaje y la intensidad de la corriente medidos, multiplicado por 2 d. El valor obtenido representa la resistividad media de un gran volumen de suelo, ya que la red de corriente se extiende en profundidad, aunque tienen mayor peso las caractersticas elctricas de los terrenos ms superficiales. En cualquier caso, la presencia de un estrato de alta resistividad cercano a la superficie bajo otro de gran resistividad, eleva el valor resultante del ensayo, al contrario de lo que sucede si existe un material de baja resistividad bajo un estrato de alta. El ensayo puede realizarse en forma de sondeo elctrico, buscando la variacin de la resistividad con la profundidad. Para ello se hacen diferentes medidas variando la distancia "d" entre los electrodos y manteniendo el centro de la alineacin de los cuatro electrodos en un punto fijo. Al incrementar la distancia aumenta la profundidad alcanzada por las lneas de corriente, englobando, por tanto, una mayor profundidad de suelo. Si la resistividad crece, puede concluirse que hay un estrato profundo de mayor resistividad, sucediendo lo contrario si la resistividad decrece al aumentar la separacin. La profundidad hasta la que puede aplicarse es de unos 20 metros.

En la siguiente tabla, se puede observar algunas diferencias entre Sondeo Elctrico Vertical (SEV) y Tomografa Elctrica Resistiva (TER).

Tabla 1

APLICACIN.

Tienen una utilizacin interesante en la determinacin de cavernas enzonas crsticas, dada la clara diferencia de resistividad existente entre un terreno y el aire, siendo esta ltima prcticamenteinfinita.Tambin se puede definir si un suelo es adecuado para albergar tuberas de fundicin como las realizadas en abastecimientos de agua.Entre otras aplicaciones tambin podemos resaltar la litologa, diferenciacin de rocas con distinta alteracin y reas contaminadas, deteccin de fallas, canalizaciones y cavidades, deteccin de plumas de contaminacin, profundidad y espesor de relleno, cuerpos conductivos, filtraciones en presas, localizacin de restos arqueolgicos.

EQUIPOS

SONDEO ELECTRICO VERTICAL. (Fig. 1)

Equipo SEV: instrumento que consiste principalmente en una fuente de poder que utiliza dos bateras internas de 12 [volts] cada una. Adems posee un transformador cuya funcin es convertir a 300 [volts] el voltaje en corriente continua. El equipo tambin posee un Ampermetro y Voltmetro interno que se utilizan para medir la corriente que se inyecta al medio y el voltaje entre los electrodos de potencial. Tiene las conexiones para los cables que van unidos a los electrodos de corriente y potencial y una conexin para una batera externa. Internamente son dos circuitos independientes, uno para medir la corriente y el otro para medir el voltaje. Externamente es un maletn plateado con un peso aproximado de unos 7 kg. Ampermetro: es recomendable usar un ampermetro externo al equipo SEV, para comparar las mediciones de corriente. Se conecta en serie con el equipo SEV y los electrodos de corriente. Voltmetro: tambin es recomendable usar un Voltmetro externo al equipo SEV para comparar las mediciones. Se conecta en paralelo a los electrodos de potencial.Barras Conductoras: cumplen la funcin de los electrodos de corriente y potencial. Se conectan por medio de los cables al equipo SEV. Es necesario que la unin con los cables no sea fija para un procedimiento ms rpido y fcil, que las barras posean una punta y sean resistentes para que queden bien enterradas y as poder inyectar de mejor manera corriente al medio. Cables: de 2 mm de dimetro con un centro conductor de cobre. Su funcin es transportar la corriente desde el equipo SEV a los electrodos de corriente y por otro lado sirven para unir los electrodos de potencial a un voltmetro ya sea, el del equipo o uno externo. Pueden tener distinta longitud, dependiendo del arreglo de electrodos, aunque por lo general, se dividen en los cables de poca longitud (no ms de 1 m) que se utilizan para hacer conexiones locales entre los instrumentos utilizados, y los cables de gran longitud (decenas de metros) que se utilizan para unir los electrodos ms lejanos (dependiendo del arreglo de electrodos puede ser C1, C2, P1 o P2) al equipo SEV. En este caso los cables de potencial tienen una longitud de 8 m, y los cables de corriente, 100 m.

Fig.1Mtodos Magnticos.HistoriaLa ciencia del magnetismo inici en el ao 1600. En este ao el ingls William Gilbert nacido en 1544 (fallecido en 1603) public el libro 'De Magnete', que es una compilacin de todos los conocimientos ya existentes en el siglo 16 acerca del magnetismo. En esta publicacin Gilbert estableci el concepto de un campo geomagntico general con una orientacin definida en cada lugar de la superficie terrestre. A fines del siglo 16 la observacin de anomalas locales en la orientacin del campo geomagntico fue conocida y empleada en la prospeccin de minerales frricos.En 1870 Thalen y Tiberg construyeron un magnetmetro para determinaciones relativas, rpidas y exactas de las intensidades horizontal y vertical de la declinacin por medio de los mtodos del seno y de la tangente.El mtodo magntico se emple en gran escala en el estudio de estructuras geolgicas, cuando en 1914 y 1915 Adolf Schmidt construy la balanza de precisin vertical, tambin llamada varimetro del tipo Schmidt. Desde 1902 Adolf Schmidt, nacido 1860 en Breslau y fallecido 1944 en Gotha dirigi el observatorio magntico de Potsdam como director. La balanza vertical se constituye de una aguja magntica orientada horizontalmente en la direccin Este Oeste y oscilante sobre cuchillas de gata o bien de cuarzo. Este varimetro permite la medicin del campo vertical y su variacin local en dimensiones de 1 gamma y por lo tanto este instrumento es suficientemente preciso para ser empleado en las exploraciones mineras.

Fundamentos Tericos.El mtodo magntico estudia el campo magntico producido por los cuerpos y estructuras en el subsuelo, su intensidad depende del contenido de magnetita y materiales magnticos en ellos. Permite ubicar zonas y cuerpos minerales, zonas de falla y modelar estructuras geolgicas a pequea y gran escala.Equipos.Brjula de Inclinacin: es una aguja imantada que puede moverse libremente en un plano vertical y que lleva fijada a un lado del eje un peso ajustable. El peso es desplazado hasta que la aguja quede aproximadamente horizontal y enequilibrioentre los pares detorsingravitatorio y magntico. Cualquier variacin de la componente vertical del campo terrestre cambia el momento de la fuerza magntica y, por lo tanto, el ngulo de inclinacin de la aguja. En la actualidad se dispone de un tipo perfeccionado de brjula de inclinacin que dalecturacon un error probable de unas 150 gammas; resultados bastante aceptables sobre masas de magnetita y de pirrotina.Balanza de campo magntico tipo Schmidt: consiste en un imn pivoteando cerca, pero no en el centro, de su masa, de manera que el campo magntico de la tierra origine un par de torsin entorno del pivote opuesto al par de torsin de la atraccin gravitatoria sobre el centro. El ngulo para el cual se alcanza el equilibrio depende de la intensidad del campo. Para conseguir una elevada sensibilidad se requiere una gran cantidad detrabajode precisin en la disposicin yconstruccinde lossistemasmecnicos y pticos.Los magnetmetros tipo Schmidt no miden campos absolutos sino que responden a pequeas variaciones en las componentes del campo con una precisin de una gamma en condiciones favorables.Balanza vertical: Supongamos un imn aproximadamente horizontal, orientado perpendicularmente al meridiano magntico, de modo que la componente horizontal de la tierra no ejerce efecto. El imn esta en equilibrio sobre un cuchillo desplazado por el centro de gravedad con una distancia horizontal y una distancia vertical. El campo magntico vertical de la tierra al actuar sobre los polos tiende a originar una rotacin en sentido contrario a las agujas del reloj y la fuerza de gravedad una rotacin a la derecha.La posicin de equilibrio es indicada sobre una escala graduada por un rayo deluzreflejado un espejo fijado al imn. Al variar el campo vertical, la posicin de equilibrio se desplaza.Balanza Horizontal: es similar en su construccin a la balanza vertical, excepto en que las puntas del imn apuntan en direccin vertical en lugar de hacerlo en la horizontal. Cualquier variacin en la componente horizontal de la gravedad origina la rotacin del imn que es contrarrestada por un par de torsin gravitacional.Magnetmetro: conocido tambin con el nombre de Reactor de Ncleo Saturable, hace uso de un elemento ferromagntico de una permeabilidad tan elevada que el campo terrestre puede inducir en l una magnetizacin que es una proporcin considerable de su valor de saturacin. Si se superpone el campo terrestre a un campo cclico inducido a una bobina que rodea el imn por unacorriente alternasuficientemente intensa el campo resultante saturara el ncleo.

Aplicaciones: El magnetismo es ampliamente aplicado en la exploracin petrolera (avin y marino) y minera (avin y terrestre), ingeniera civil - geotecnia, en estudios del medio ambiente y arqueologa entre otras. En particular, algunas de las aplicaciones son: Mapeo geolgico de unidades que muestran contrastes de susceptibilidad Mapeo estructural (fallas, fracturas, etc.) e identificacin de riesgos geolgicos Deteccin de profundidad del substrato y del basamento Deteccin de minerales de hierro, o asociados a estos, y/o elementos magnticos (magnetita, pirrotita), como Cromita, Manganeso y Sulfuros. Exploracin de depsitos asociados a la topografa del basamento (conglomerados ricos en U, estrados ricos en Pb-Zn) Localizacin y caracterizacin de Kimberlitas Caracterizacin de depsitos tipo Placeres y otros minerales con caractersticas magnticas, tipo Asbesto. Delineamientos del permetro de reas de rellenos sanitarios / desechos. Deteccin de objetos metlicos enterrados (tuberas, barriles, tanques....).

Mtodos Electromagnticos.Historia.El electromagnetismo (EM) fue estudiado inicialmente por el escocs James Maxwell en 1861(On Physical Lines of Force) y desarrollado experimentalmente por el alemnHeinrich Hertzen 1886. Como sabemos, las componentes elctrica y magntica oscilan en forma ortogonal a la direccin de propagacin del campo electromagntico y a su vez lo hacen en planos que son perpendiculares entre s.

Fundamentos Tericos.Los mtodos electromagnticos o mtodos elctricos en corriente alterna se basan en el estudio del subsuelo a travs de los cambios en las propiedades elctricas y magnticas de los materiales que lo componen.Los mtodos EM pueden ser de campo natural o artificial, pueden estudiar con detalle los primeros metros o alcanzar varios kilmetros de profundidad con menor resolucin, pueden proporcionar informacin 1D, 2D o 3D del medio,, son, por lo tanto, muy diversos y capaces de definir objetivos muy diferentes.Los denominados electromagnticos ligeros emplean aparatos relativamente sencillos que permiten realizar calicatas electromagnticas de zonas grandes en relativamente poco tiempo. Proporcionan informacin en planta de conductividad elctrica que permite definir cambios laterales de materiales hasta unas pocas decenas de metros de profundidad. Se aplican principalmente en arqueologa y geotecnia.Los electromagnticos profundos, bien sean en el dominio del tiempo o en el de frecuencias, emplean bucles o dipolos de gran tamao junto con antenas receptoras de campo magntico.Dentro de este grupo podemos destacar:Lossondeos electromagnticos en el dominio del tiempo(SEDT) permiten obtener informacin 1D o 2D de resistividad elctrica hasta un mximo de un kilmetro de profundidad.

Lossondeos magnetotelricosque proporcionan informacin 1D, 2D y 3D de resistividad elctrica hasta varios kilmetros de profundidad utilizando las corrientes telricas naturales. En zonas con ruido se puede emplear una corriente artificial como fuente alcanzndose menor profundidad de estudio pero con mayor calidad de medidas (CSAMT Control Source Audio Magneto Telluric).