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MÉTODOS ELÉ  CTRICOS 

INGENIERÍA  EN GEOCIENCIAS 

CIENCIAS DE LA TIERRA 

CVE.: 4523  GPO.: C 16:00  - 17 :00  HRS 

AULA: U11 

Equipo: C  OULOMBS 

ORTÍZ ROSALES CINDY L. 

OSORIO VALLEJO NOHEMI 

OSORIO ORTIZ ADRIANA M. 

PACHECO AVIÑA IVAN 

RIVAS MALDONADO GILBERTO E. 

CASTILLO FLORES ADHEMAR  

ING. MARTINEZ FLORES MIGUEL 

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UNIDAD 4: MÉTODOS DEL POTENCIALESPONTÁNEO

4.1 Electricidad terrestre

La electricidad es el flujo de una carga de energía y la mayor parte de esa carga fluyecuando los electrones se mueven.

Cuando hay una cantidad excesiva de electrones un objeto desarrolla una carga negativatotal, la naturaleza equilibra las cosas produciendo iguales cargas positivas en alguna otra

 parte la de potencia entre las cargas se mide en voltios. La corriente eléctrica desde laelectricidad estática hasta los relámpagos son electrones que se mueven de negativo a

 positivo.

Mucho antes de saber que era y mucho antes de controlarla, la electricidad ya fluía pornuestro cuerpos y descendía de los cielos debido a las tormentas eléctricas hay un flujoconstante de corriente hacia el interior de la tierra que vuelve a salir cuando estasdesaparecen y durante ese proceso se genera un campo eléctrico con la atmósfera, al

caminar el voltaje en nuestra cabeza y pies es de 200 a 300 voltios y nadie lo nota porque crecimos con eso. Cuando hay una gran diferencia de voltaje entre las nubes y latierra es difícil no notarlo. Benjamín Franklin también se siento fascinado por esefenómeno, el invento la designación de carga positiva y negativa.

Hoy las tormentas han sido reemplazadas por la alta tecnología lo que fluye por elrelámpago a 50000 amperes es lo mismo que entra por su pared a 10 amperes , latemperatura de un relámpago supera los 27760° es decir 6 veces más el calor del sol.Todo ese calor y esa luz son generados por un sin número de electrones forzados amoverse. El núcleo de un átomo tiene una carga positiva, los electrones que giran en

órbita en torno al núcleo tienen carga negativa cuando fluye la corriente eléctrica loselectrones son separados de los átomos y se mueven libremente.

Se conocen tres sistemas eléctricos generados en la Tierra y en la atmósfera por procesosgeofísicos naturales. Uno de ellos está en la atmósfera y otro está dentro de la Tierra,fluyendo paralelo a la superficie. El tercero, que traslada carga eléctrica entre laatmósfera y la Tierra, fluye en vertical.

La electricidad atmosférica, excepto aquella que se asocia con cargas dentro de una nubey ocasiona el relámpago, es el resultado de la ionización de la atmósfera por la radiación

solar y a partir del movimiento de nubes de iones conducidas por mareas atmosféricas.

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 Las mareas atmosféricas se producen por la atracción gravitacional del Sol y la Luna

sobre la atmósfera de la Tierra y, al igual que las mareas oceánicas, suben y bajan a diario.La ionización y, por consiguiente, la conductividad eléctrica de la atmósfera cercana a lasuperficie de la Tierra es baja, pero crece con rapidez al aumentar la altura. Entre los 40y los 400 km por encima de la Tierra, la ionosfera constituye una capa esférica casi

 perfectamente conductora. La capa refleja las señales de radio de ciertas longitudes deonda, ya se originen en la Tierra o lleguen a la Tierra desde el espacio. La ionización dela atmósfera varía mucho, no sólo con la altura sino también con la hora del día y lalatitud.

CORRIENTES DE LA TIERRA 

Las corrientes de la Tierra constituyen un sistema mundial de ocho circuitos cerrados decorriente eléctrica distribuidos de una forma bastante uniforme a ambos lados delecuador, además de una serie de circuitos más pequeños cerca de los polos. Aunque seha argumentado que este sistema está ocasionado por los cambios diarios en laelectricidad atmosférica (y esto puede ser cierto para variaciones de periodo corto), es

 probable que los orígenes del sistema sean más complejos. El núcleo de la Tierra, queestá compuesto por hierro fundido y níquel, puede conducir electricidad y es comparablecon el armazón de un generador eléctrico gigantesco. Se considera que las corrientes deconvección mueven el metal fundido en circuitos relacionados con el campo magnéticode la Tierra y se ven reflejados en el sistema de las corrientes de la Tierra que producen.

CARGA EN LA SUPERFICIE TERRESTRE 

La superficie de la Tierra tiene carga eléctrica negativa. Aunque la conductividad del airecerca de la Tierra es pequeña, el aire no es un aislante perfecto y la carga negativa seconsumiría con rapidez si no se repusiera de alguna forma.Cuando se han realizado mediciones con buen tiempo, se ha observado que un flujo deelectricidad positiva se mueve hacia abajo desde la atmósfera hacia la Tierra. La causaes la carga negativa de la Tierra, que atrae iones positivos de la atmósfera. Aunque se hasugerido que este flujo descendente puede ser contrarrestado por flujos positivosascendentes en las regiones polares, la hipótesis preferida hoy es que la carga negativase traslada a la Tierra durante las tormentas y que el flujo descendente de corriente

 positiva durante el buen tiempo se contrarresta con un flujo de regreso de la corriente positiva desde zonas de la Tierra que experimentan tiempo tormentoso. Se hacomprobado que la carga negativa se traslada a la Tierra desde nubes de tormenta y larelación en la que las tormentas desarrollan energía eléctrica es suficiente para reponerla carga de la superficie. Además, la frecuencia de tormentas parece ser mayor duranteel día, cuando la carga negativa aumenta con mayor rapidez.

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 DESCARGAS ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS

El fenómeno eléctrico más común del mundo inorgánico son las descargas eléctricasatmosféricas denominadas rayos y relámpagos. Debido al rozamiento de las partículasde agua o hielo con el aire, se produce la creciente separación de cargas eléctricas

 positivas y negativas en las nubes, separación que genera campos eléctricos. Cuando elcampo eléctrico resultante supera la rigidez dieléctrica del medio, se produce unadescarga entre dos partes de una nube, entre dos nubes diferentes o entre la parte inferiorde una nube y tierra. Esta descarga ioniza el aire por calentamiento y excita transicioneselectrónicas moleculares. La brusca dilatación del aire genera el trueno, mientras que eldecaimiento de los electrones a sus niveles de equilibrio genera radiación

electromagnética, es decir, luz.

RAYO 

El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estática, producida durante unatormenta eléctrica; generando un " pulso electromagnético". La descarga eléctrica

 precipitada del rayo es acompañada por la emisión de luz (el relámpago), causada por el paso de corriente eléctrica que ioniza las moléculas de aire, y por el sonido del trueno, desarrollado por la onda de choque. La electricidad (corriente eléctrica) que pasa a travésde la atmósfera calienta y expande rápidamente el aire,  produciendo el ruido

característico del trueno. Los rayos se encuentran en estado plasmático. 

En promedio, un rayo mide 1500 metros y el más extenso fue registrado en Texas yalcanzó los 190 km de longitud. Un rayo puede alcanzar la velocidad de 200 000 km/h.La diferencia de potencial es mil millones de voltios con respecto al suelo. Cada año seregistran 16 000 000 de tormentas con rayos.

Generalmente, los rayos son producidos por partículas positivas en la tierra y negativasen nubes de desarrollo vertical llamadas cumulonimbos.  Cuando un cumulonimboalcanza la tropopausa, las cargas positivas de la nube atraen a las cargas negativas; este

movimiento de cargas a través de la atmósfera constituyen los rayos. Esto produce unefecto de ida y vuelta; se refiere a que al subir las partículas instantáneamente regresancausando la visión de que los rayos bajan. Un rayo puede generar una potenciainstantánea de 1 gigawatt (mil millones de vatios), pudiendo ser comparable a la de unaexplosión nuclear.

La disciplina que, dentro de la meteorología, estudia todo lo relacionado con los rayosse denomina ceraunología. 

RELÁMPAGO

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 El relámpago es un resplandor muy vivo producido en las nubes por una descarga

eléctrica.

Existen diferentes explicaciones alternativas de como se produce la luz del relámpago.La diferencia de voltaje se debe sobre todo a las diferentes velocidades de ionización delos componentes de los gases que forman dichas nubes. La ionización de estoscomponentes se debe en sí misma al efecto de la luz solar y a la diferencia detemperaturas entre los distintos estratos de la nube, así como a la diferencia detemperaturas entre día y noche. A diferencia del rayo, el relámpago desciende de lasnubes en forma ramificada y jamás llega a la tierra aunque el mismo siga, al igual que elrayo, lo que se llama gradiente de voltaje o de potencial eléctrico; esto es, la línea recta

más corta que une dos variaciones máximas de voltaje, dándole al rayo esa forma tan peculiar. El relámpago se produce así: Cuando llueve sobre la superficie terrestre, se produce evaporación natural (causada por el fenómeno de la convección), llevando haciaarriba gotas de agua, es decir, H2O. Mientras tanto, a una altura de 2,5 a 3 kilómetrosdonde la temperatura es de 15 a 20 grados Celsius bajo cero, se producen partículas dehielo que caen por gravedad y que chocan con las gotas de agua que suben por laevaporación. Estas fricciones y colisiones producen separación de cargas eléctricas(disociación), y se genera un campo eléctrico, es decir, fuerzas que se ejercen entrecargas, hasta que llega el momento en que se dan transferencias de cargas, comúnmenteconocidas como relámpagos.

CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE

Aunque no se puede verificar

experimentalmente, la existencia del campo magnético terrestre se debe casiseguramente a la circulación de cargas en el núcleo externo líquido de la Tierra. Lahipótesis de su origen en materiales con magnetización permanente,  como el hierro,

 parece desmentida por la constatación de las inversiones periódicas de su sentido en eltranscurso de las eras geológicas, donde el polo norte magnético es remplazado por elsur y viceversa. Medido en tiempos humanos, sin embargo, los polos magnéticos sonestables, lo que permite su uso, mediante el antiguo invento chino de la brújula, para laorientación en el mar y en la tierra.

El campo magnético terrestre desvía las partículas cargadas provenientes del Sol (viento

solar). Cuando esas partículas chocan con los átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno

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 de la magnetosfera,  se produce un efecto fotoeléctrico mediante el cual parte de la

energía de la colisión excita los átomos a niveles de energía tales que cuando dejan deestar excitados devuelven esa energía en forma de luz visible. Este fenómeno puedeobservarse a simple vista en las cercanías de los polos, en las auroras polares. 

AURORA BOREAL

Una aurora se produce cuando una eyección de masa solar choca con la Magnetósfera dela Tierra.  Esta "esfera" que nos rodea obedece al campo magnético generado por elnúcleo de la Tierra, formada por líneas invisibles que parten de los dos polos, como unimán .

Cuando dicha masa solar choca con nuestra esfera protectora, estas radiaciones solares,también conocidas con el nombre de viento solar, se desplazan a lo largo de dicha esfera.En el hemisferio que se encuentra en la etapa nocturna de la Tierra en los polos, dondeestán las otras líneas de campo magnético, se va almacenando dicha energía hasta el

 punto que no puede más, y esta energía almacenada se dispara en forma de radiacioneselectromagnéticas sobre la ionosfera terrestre, creadora, principalmente, de dichosefectos visuales.

El Sol, situado a 150 millones de km de la Tierra, está emitiendo continuamente

 partículas que constituye un flujo de partículas denominado viento solar. La superficiedel Sol o fotosfera se encuentra a unos 6000 °C; sin embargo, cuando se asciende en laatmósfera del Sol hacia capas superiores la temperatura aumenta en vez de disminuir. Latemperatura de la corona solar, la zona más externa que se puede apreciar a simple vistasolo durante los eclipses totales de Sol, alcanza temperaturas de hasta 3 millones degrados. Al ser mayor la presión en la superficie del Sol que la del espacio que le rodea,las partículas cargadas que se encuentran en la atmósfera del Sol tienden a escapar y sonaceleradas y canalizadas por el campo magnético del Sol, alcanzando la órbita de otroscuerpos de gran tamaño como la Tierra. Además existen fenómenos muy energéticos,como las fulguraciones o las eyecciones de masa coronal que incrementan la intensidad

del viento solar.

Las partículas del viento solar viajan avelocidades en un rango aproximado de 300 a1000 km/s, de modo que recorren la distanciaentre el Sol y la Tierra en aproximadamente dosdías. En las proximidades de la Tierra, el vientosolar es deflectado por el campo magnético dela Tierra o magnetósfera. Las partículas fluyenen la magnetósfera de la misma forma que lo

hace un río alrededor de una piedra o de un pilar

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 de un puente. El viento solar también empuja a la magnetosfera y la deforma de modo

que en lugar de un haz uniforme de líneas de campo magnético como las que mostraríaun imán imaginario colocado en dirección norte-sur en el interior de la Tierra, lo que setiene es una estructura alargada con forma de cometa con una larga cola en la direcciónopuesta al Sol. Las partículas cargadas tienen la propiedad de quedar atrapadas y viajara lo largo de las líneas de campo magnético, de modo que seguirán la trayectoria que lemarquen estas. Las partículas atrapadas en la magnetósfera colisionan con los átomos ymoléculas de la atmósfera de la Tierra que se encuentran en su nivel más bajo de energía,en el denominado nivel fundamental. El aporte de energía proporcionado a estas provocaestados de alta energía también denominados de excitación. En poco tiempo, del ordende las millonésimas de segundo o incluso menos, los átomos y moléculas vuelven al

nivel fundamental perdiendo esa energía en una longitud de onda en el espectro visibleal ser humano, lo que vulgarmente viene a ser la luz en sus diferentes colores. Las aurorasse mantienen por encima de los 95 km respecto a la superficie terrestre porque a esaaltitud la atmósfera ya es suficientemente densa para que los choques con las partículascargadas ocurran, con suficiente frecuencia que los átomos y moléculas están

 prácticamente en reposo. Por otro lado, las auroras no pueden estar más arriba de los500-1000 km porque a esa altura la atmósfera es demasiado tenue  –  poco densa –  paraque las pocas colisiones que ocurren tengan un efecto significativo en su aspectolumínico.

4.2 Causas del potencial espontaneo y usos del método

El método del Potencial espontáneo se basa en medir entre dos puntos del terreno, cuales la diferencia de potencial eléctrica generada de forma natural en el subsuelo. El origende estos campos eléctricos naturales (potenciales espontáneos) está asociado a diferentes

fenómenos como por ejemplo a las variaciones de las propiedades del terreno (cambios

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 de humedad, de su química, etc.), la presencia de cuerpos metálicos, actividad biológica

de la materia orgánica, etc.. Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontáneos,el que nos interesa es el denominado Potencial electrocinético (Electrokinetic potentialo Streaming potential) dado que su génesis está ligada al paso de un fluido a través deun medio poroso. Por consiguiente, el objetivo de este método se reduce simplemente adetectar en nuestro registro de campo, las variaciones espaciales del potencialelectrocinético.

Metodología de campo.Tipos de configuraciones en la captura de los datos.A la hora de realizar las medidas de campo, que al igual que en Tomografía eléctrica se

disponen en forma de perfiles, podemos optar por diferentes procedimientos. Si bientodos ellos se han utilizado con éxito en diferentes trabajos, la susceptibilidad a erroressistemáticos hacen que ciertos dispositivos sean más idóneos que otros.

Configuración del gradiente.Esta técnica solo precisa 2 electrodos, y se basa en medir mediante el milivoltímetro,cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos, siendo la distancia entre ambosinvariable. Para ello, en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y losuniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltímetro respectivamente. Realizadala primera medida, ahora sin cambiar la polaridad del dispositivo así como la distanciaelectródica, procederemos a tomar el resto de medidas a lo largo del perfil, de forma queel electrodo A ocupe siempre la posición que ocupaba el B en la anterior medida. Si la

distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequeña en comparación con lalongitud de onda de la anomalía, este procedimiento representa esencialmente elgradiente del potencial espontáneo en la dirección del perfil de reconocimiento (Parasnis[]20). Para obtener la variación espacial del valor total del potencial, basta con irsumando cada uno de estos gradientes.Ventajas• La utilización de poca longitud de cable eléctrico, aspecto que supone que se minimizesu exposición a las mordeduras de los animales y a los actos de vandalismo.• La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar incidentes con los

 posibles vehículos que puedan aparecer en la zona.

• En caso de observar problemas con el cable eléctrico, es más fácil de encontrar el lugardonde tenemos el fallo eléctrico.Desventajas• La gran desventaja de esta configuración reside en el tema de la calidad de los datosobtenidos. Esto se debe a que el propio proceso de adquisición de datos lleva asociadounos “errores” (polarización, deriva y efecto contacto-suelo, ver 4.5.2), que si bien

 pueden ser mínimos para cada medida puntual, a la hora de sumar los gradientes a fin deobtener el potencial total, la magnitud de estos errores se puede magnificarsignificativamente. Es justamente este aspecto de la acumulación del error, el quedetermina que la configuración de reconocimiento más habitual sea el de base fija,dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la orografía del

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 terreno, o a la gran vulnerabilidad del cable eléctrico a sufrir daños, haga inviable el

empleo del método de base fija.

Configuración de base fija (o campo total).Este dispositivo, en el que solo se precisan también 2 electrodos, se basa en colocarestaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente hallamos definido. En elmomento de realizar las medidas iremos a una de estas estaciones, colocaremos unelectrodo (será el B) y mediremos el potencial con respecto al electrodo A, que estarásituado siempre en una misma base (denominada base de referencia), en la quesupondremos de forma arbitraria potencial cero. La correcta ubicación de esta base dereferencia será fundamental a la hora de obtener unos resultados óptimos, siendo las

zonas idóneas para su emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muyestable en el tiempo.Ventajas• La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de acumulación del error,ya que cada lectura si bien está sujeta a las tres componentes del error anteriormentemencionadas, ya corresponde al valor total del potencial.• La flexibilidad a la hora de colocar las bases, dado que podemos optar por densi ficarsu número en aquellas zonas de especial interés.

DesventajasDado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de referencia pueden

llegar a ser incluso de algún kilómetro, esto conlleva:Un aumento de la susceptibilidad del cable eléctrico a sufrir algún percance, ya seafortuito o por vandalismo.• Dificultad a la hora de encontrar la ubicación precisa del fallo. En definitiva, si bien elcoste económico y de tiempo son más elevados en la configuración de base fija que enla configuración del gradiente, dado que la relación coste-calidad es muy baja, lo másaconsejable es utilizar esta configuración.

Configuración multielectródica.Esta configuración es similar a la de base fija pero a diferencia de ésta, ahora no vamos

de estación en estación conectando el electrodo B con el de referencia, y luego medimos,sino que ahora disponemos de un gran número de electrodos, los cuales ya están todosconectados a la base de referencia mediante un cable multiconductor. Mediante unsistema multicanal de adquisición de datos, iremos realizando de forma automática todala secuencia de medidas, con el espaciado temporal que nosotros queramos.

Ventajas• La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran número demedidas en un intervalo de tiempo concreto. Esto nos permitirá estimar con gran

 precisión la deriva de los electrodos, así como otras variaciones temporales del potencial(i.e. corrientes telúricas), y por tanto nos será mucho más fácil y preciso el filtrar estos

 potenciales de nuestro registro de campo.

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Desventajas• El elevado coste en comparación con las otras dos configuraciones.  

4.3 Fenómenos de polarización eléctrica en el terreno

La polarización eléctrica ocurre cuando se frotan dos cuerpos, se arrancan electrones deuno y pasan al otro por lo que el primero queda con carga positiva y el segundo connegativa.

Si los cuerpos son malos conductores de electricidad (plástico, lana, cabello) la carga no puede repartirse ni viajar rápidamente por el material por lo que queda localizado en elcuerpo un cierto tiempo (carga electroestática).

Cuando un objeto con esta carga se acerca a otro neutro, induce en este una distribuciónde cargas, que es lo que se denomina polarización.

Esto es lo que ocurre cuando frotamos una regla de plástico, que es mal conductor, conel pelo o con un trapo de lana. Se produce una distribución asimétrica de carga en laregla, que al ser puesta cerca de la lata induce en está otra una distribución de cargas que

 puede hacer que ruede.

El fenómeno de polarización inducida está íntimamente ligado a la presencia desoluciones acuosas en las cuales fluyen cargas eléctricas ante la presencia de un potencial

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 eléctrico. En la conducción electrolítica se establece un equilibrio de cargas que demora

un tiempo finito en producirse, el cual es inherente a la velocidad de transporte de losiones en un medio acuoso. Este tiempo de polarización o relajación (al eliminar ladiferencia de potencial) es medible instrumentalmente. La constante de tiempo asociadaa este proceso permite entonces inferir la presencia de cuerpos mineralizados.

Dos tipos de polarización han sido identificados:- Polarización de Membrana - Polarización Electródica 

En ambos casos el fenómeno puede esquematizarse en el flujo de iones en direcciónopuesta al electrodo que presenta carga del mismo signo. Una vez establecido este flujode iones la tortuosidad del medio acuoso induce la generación de barreras polarizadascon cargas de signo opuesto.

METODO DE LA POLARIZACIÓN INDUCIDA

En las mediciones de resistividad, cuando se envía corriente al terreno, a menudo seobserva un significativo retraso en el establecimiento del campo estable, por lo que paraefectuar las mediciones debe considerarse un tiempo de espera que depende de lalongitud de la línea y de la resistividad aparente.

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 De igual modo, cuando se interrumpe la corriente abriendo el circuito externo, el voltaje

observado en la superficie del terreno no cae inmediatamente a cero (parte superior de lafig. 184). Este efecto se conoce como polarización inducida (PI). En algunos aspectos,el efecto de PI se asemeja al comportamiento de un circuito RC (fig. 196)Este fenómeno también conocido como “sobretensión” fue analizado, estudiado yempleado en exploración minera a partir de los trabajos de la Newmont ExplorationLimited (Brant, 1959).De estos estudios, se conoce que la PI está directamente relacionada con la alteración decapas eléctricas binarias ya sea en el interior de los conductos porales (figs. 188 y 190)de las rocas sedimentarias con contenidos arcillosos, dando lugar a la polarización demembrana (Parasnis, 1971) o en los límites de las fases sólida y líquida de medios

complejos constituidos por minerales semiconductores en estado natural y electrolitoslíquidos, como el agua subterránea, por ejemplo, dando lugar a la denominada polarización de electrodos (figs. 187 y 189).

POLARIZACIÓN DE MEMBRANA; EFECTO NORMAL POLARIZACIÓN DEMEMBRANA; EFECTO NORMAL LARIZACIÓN DE MEMBRANA; EFECTO

 NORMAL

Aunque en proporciones variables, los poros y capilares de las rocas contienen casisiempre partículas de arcilla, las que habitualmente tienen un exceso superficial de cargasnegativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen unarígida capa adyacente alrededor de la partícula de arcilla, conocida como capa de Stern(fig. 188).

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Iones positivos adicionales también atraídos por la partícula de arcilla, pero rechazados por la capa de Stern, conforman una capa difusa alrededor de la partícula, lo que implicaque la concentración de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hastala zona de equilibrio con la concentración de cationes en el seno del electrolito (fig.189a). Esto implica que en la capa difusa hay un déficit de iones negativos, cuyaconcentración aumenta gradualmente al alejarse de la partícula de arcilla, hasta la zonade equilibrio, de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmósferacargada rodeando a la partícula de arcilla.

A cualquier distancia de la superficie de la partícula la densidad de carga es igual a ladiferencia de concentración entre iones positivos y negativos, siendo máxima en lasuperficie de la partícula y nula en la zona de equilibrio (la doble capa de Helmholtz, fig.

189b). Un punto de particular interés es el potencial donde se unen la capa de Stern y lacapa difusa. Este potencial es el denominado potencial zeta (ζ) cuya importancia radicaen que puede ser medido, lo que no ocurre con la carga en la superficie de la partícula ysu potencial (fig. 189c).En tales condiciones, una corriente eléctrica exterior alterará el equilibrio, desplazandogran parte de la capa difusa a lo largo de los capilares, lo que provocará unaconcentración anormal en la solución, tanto en la capa difusa de la capa binaria como enlos extremos de los capilares, provocando la aparición de un potencial de difusiónconocido como polarización de membrana.Desconectada la corriente, se produce el lento restablecimiento de la capa binaria

original con la zona de difusión y concentración inicial, con lo que el potencial debido ala polarización inducida desaparece lentamente. En condiciones normales, con presencia

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 moderada de arcilla en la roca, este es un efecto de fondo, siempre presente, que se

amplifica con la presencia de rocas grafitosas, cuando los potenciales de difusión puedenllegar a ser del orden de los producidos por los minerales conductores.

POLARIZACIÓN DE ELECTRODOS POLARIZACIÓN DE ELECTRODOSEn el límite entre un electrolito y un mineral de conducción electrónica en equilibrioelectrostático, existe también una capa binaria debida al exceso de cargas negativas dela superficie del mineral y la consecuente polarización positiva de la solución contigua(fig. 191).

Este exceso de cargas negativas en la superficie de la partícula mineral se explica por laentrega, de cationes al electrolito, por influencia de las moléculas de agua fuertemente polarizadas, fenómeno que desde hace mucho tiempo los fisicoquímicos denominan polarización de electrodos, porque es propio de los electrodos metálicos en losexperimentos en cubas electrolíticas

Al pasar por este sistema una corriente eléctrica el equilibrio se perturba, la capa limítrofedel electrolito del lado del electrodo de alimentación positiva adquiere un exceso decargas positivas, mientras que del lado de alimentación negativa un defecto de ellas yhasta un exceso de cargas negativas (fig. 192). La partícula se bipolariza (se convierteen un dipolo). Diferente de la partícula con sobre carga negativa anterior.

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Al interrumpirse la corriente, se restablece lentamente el equilibrio original, hasta que alcabo de cierto tiempo el potencial remanente, o potencial de PI (∆VPI) provocado por laaparición de la diferencia de potencial entre las caras opuestas del mineral, vuelve a cero(fig. 193).Este fenómeno, que no es similar al campo electrostático de equilibrio, se identificatambién (entre los geofísicos) como polarización de electrodos.PRINCIPAL APLICACIÓN PRINCIPAL APLICACIÓNDado que la PI en rocas con significativa impregnación de minerales semiconductores

es mucho mayor que la de las rocas que no los contienen, el método es utilizado principalmente para la detección de este tipo de minerales (de conducción electrónica)como: Pirita (FeS2); Pirrotita (Fe7S8); Calcosina (Cu2S); Calcopirita (CuFeS2);Metacinabrio (4HgS); Molibdenita (MoS2); Magnetita (Fe3O4); Cobres grises. Susefectos son tanto más intensos cuanto mayor sea el grado de división de la substanciasemiconductora, es decir, cuanta mayor superficie presente.Por otra parte, la alternancia, en el camino de la corriente polarizante, de conductoreselectrónicos e iónicos debe aumentar el efecto de la PI, lo que explica la efectividad delmétodo en la prospeccción de mineralizaciones de impregnación como el cobre porfírico,que constituyen el blanco ideal.

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La penetración del método es relativamente grande ya que ha permitido la detección deyacimientos a 200 m de profundidad.

POLARIZACIÓN EN MENAS METÁLICASLa investigación microscópica de menas metálicas ha sido, desde sus inicios, unaimportante herramienta para el control del proceso mineralúrgico. El volumen de lasoperaciones actuales es tal que este control es imposible por los métodos clásicos, perola automatización del proceso por análisis digital de imagen, ADI, se ha visto retrasada,entre otras cosas, por la similar reflectancia, R, de menas importantes, por limitacionesinstrumentales y metodológicas y por las dificultades que implica el anisotropismo, lascuales desaparecen evitando la polarización.

Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificación y cuantificaciónautomatizadas mediante ADI, a partir de medidas R con cámara vídeo 3CCD sobremicroscopio de reflexión. Así lo corrobora el ensayo sistemático sobre las principalesmenas. Se describe la metodología secuenciada. Implica una puesta a punto rigurosa delequipo para controlar problemas instrumentales, derivas, ruido…, el análisis estadísticoy la aplicación de criterios complementarios, metalogenéticos y físicos.La utilización de la técnica de ADI, Análisis Digital de Imagen, como complemento de

estudios de microscopía, proporciona un eficaz soporte numérico para la cuantificaciónde parámetros geométricos y densitométricos de los minerales. La gran ventaja de estatécnica frente a otros métodos de cuantificación clásicos, como la platina integradorasobre microscopio óptico, es su mayor versatilidad, agilidad y potencia, lo que permiteaumentar la base de observación y automatizar el tratamiento matemático de los datos,

 posibilitando no sólo resultados más fiables y rápidos, sino también el abordar problemasque por el volumen de trabajo que requieren serían impracticables con procedimientostradicionales.El estudio automatizado de secciones pulidas, para la identificación, cuantificación ycaracterización de las fases minerales presentes en las menas metá- licas, puede constituirun importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesosmineralúrgicos, facilitando la optimización tanto del beneficio en sí (recuperación) como

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 del uso de reactivos y proporcionando, además, informaciones muy valiosas para evitar

o incluso remediar la contaminación del medio ambiente por residuos y efluentes.Si se dispusiese de una metodología asequible, ágil y de aplicación general, sin lugar adudas, se habría logrado una eficacísima herramienta, sin lugar a dudas, útil no sólo paralos problemas industriales (entre otros muchos), sino también para la investigaciónmineralógica. Sin embargo, el proceso de automatización tropieza, en el caso de lasmenas metálicas, con importantes dificultades, entre las que hay que destacar:  —   lacoincidencia, al menos parcial, de los valores de color y reflectancia  – los que se van acuantificar con el microscopio óptico –   de numerosos minerales; este problema loresuelve el microscopista experto recurriendo a otras observaciones complementarias decarácter cualitativo que resultan, en conjunto, diagnósticas para la correcta identificación

de cada fase mineral: entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada(pleocroísmo, reflexiones internas, colores de anisotropismo, etc.), pero, éstas son por su propia naturaleza difícilmente cuantificables;  —   la necesidad de prescindir, para el proceso de identificación automatizada, de las propiedades ligadas a la polarización, esdecir, al anisotropismo óptico de los minerales, a no ser que se recurra a la medida ycorrelación de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano, rotando la

 platina o el analizador, lo que supone un proceso no sólo más costoso y lento, sino,también, de diseño más complejo.

Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopioelectrónico de barrido y al análisis de sus imágenes digitalizadas, basadas en los datos

de composición química de las fases minerales detectadas (p.ej. CANMET, Ottawa).ElMEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio óptico, de las que existenalgunos estudios comparativos.Una de sus limitaciones es la elevada inversión necesaria, si se compara con elmicroscopio óptico. La estrategia subyacente a la presente investigación es la de diseñaruna metodología eficaz para la mayor parte de los casos, sobre todo los de interésindustrial, pero que sea al mismo tiempo asequible económicamente y que sólo requierauna infraestructura instrumental de instalación y mantenimiento sencillos.Estas condiciones son las que requieren extensas regiones, como Iberoamérica, en lasque los problemas industriales y ambientales ligados al beneficio de los recursos

minerales son importantes, pero en las que al mismo tiempo los problemas financierosson agudos. Ello, decanta claramente las opciones a favor de la microscopía óptica, queconstituye la referencia básica de la presente investigación. 

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4.4 Trabajo de campo

El trabajo de campo se reduce a la medición de las diferencias de potencial de una seriede estaciones respecto un punto de referencia el que puede hacerse de dos maneras: 

•  Método de potenciales•  Método de potenciales de prospección geofísica•  Método de gradientes 

Se disponen en perfiles, cuando se trata de minerales semiconductores se

 prefiere que sean paralelos entre 20 y 50 m con origen en un perfil perpendiculara ellos.

Uno de los electrodos(N) queda fijo en el origen de cada perfil (junto alinstrumento de medida y al operador) mientras el segundo (M) es desplazado porun auxiliar a las estaciones programadas, el operador anotara las diferencias de

 potencial ( v) con su signo.

Las mediciones deben ser hechas con el cuidado necesario para obtener datossignificativos y reproducibles .las lecturas de potencial son afectadas por el contacto delos electrodos en el suelo, por lo que la calidad debe ser controlada, manteniendo elcircuito de resistencia tan uniforme como sea posible de estación en estación.

Método de potencialesProcedimiento para el cálculo de PLos métodos potenciales de prospección geofísica comprenden las técnicas que empleancampos potenciales, como el gravimétrico o el magnético, en el estudio del subsuelo.Como norma general con estos métodos se obtienen imágenes 2D en planta que permiten

definir cambios laterales de los materiales asociados a cambios en las propiedades físicasde los mismos (densidad, susceptibilidad magnética,…). Estos métodos geofísicos no

 precisan de ninguna fuente artificial sino que miden un campo natural presente en elmedio mediante perfiles o mallas de datos. Los principales métodos potenciales son la

 prospección gravimétrica y la magnética.

La Gravimetría se basa en el estudio del campo gravimétrico terrestre con el fin dedetectar cambios de materiales o variaciones en la densidad de los mismos. La

 prospección gravimétrica suele realizarse en forma de malla de forma que podemosdefinir un mapa 2D de gravedad resultado de aplicar distintas correcciones (topografía,

deriva, mareas, etc.) a los datos originales. Una vez aplicadas estas correcciones

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 obtendremos las imágenes de Bouguer y Residual en las que se pretenden definir o aislar

los cambios locales, objetivo final del estudio. La gravimetría se aplica principalmenteen minería metálica y geotecnia (detección de huecos y cavidades).

La Magnetometría se basa en el estudio del campo magnético terrestre con el fin delocalizar cambios de materiales o variaciones en las propiedades magnéticas de losmismos. Al igual que la Gravimetría suele realizarse en forma de malla obteniéndosecomo resultado final un mapa 2D en el que se ha aplicado alguna corrección. LaMagnetometría es un método bastante rápido y económico y se emplea principalmenteen arqueología, minería metálica y geología estructural.

Método de potenciales prospección geofísica

En este caso los valore del potencial en cada punto se calcula por la adición progresivade lecturas de potencial entre estaciones , es más lento y requiere de medicionescuidadosas(por el arrastre de errores),siendo preferible en zonas de grandes contrastes.

Esta técnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el voltímetro cual esla diferencia de potencial entre los dos electrodos siendo la distancia entre ambosinvariable.

Para ello, en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los uniremos a laterminal positiva y negativa del milivoltímetro respectivamente. Realizada la primeramedida, ahora sin cambiar la polaridad del dispositivo así como la distancia electródica,

 procederemos a tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodoA ocupe siempre la posición que ocupaba el B en la posición anterior medida.

Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequeña en comparación conla longitud de onda de la anomalía, este procedimiento representa esencialmente elgradiente del potencial espontáneo en la dirección del perfil de reconocimiento Paraobtener la variación espacial del valor total del potencial, basta con ir sumando cada uno

de estos gradientes.

Método de gradientes Tiene por objeto obtener una primera idea o aproximación de la distribución de lasestructuras geológicas en el subsuelo; no se determinan valores absolutos, sinoúnicamente relaciones o rangos, y tendencias de las líneas de igual magnitud, las querepresentan fallas, escalones, oquedades, etc. Se construyen mapas o secciones de igualvalor de magnitudes, ya sea resistividad, polarización o potencial natural los valores de

 potencial obtenidos en el campo y eventualmente corregidos en gabinetes, se representanen formas de mapas de líneas equipotenciales, perfiles de potencial y mapas de perfilesde potencia.

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4.5 Interpretación

El método del Potencial espontáneo (Self-potencial o Spontaneous potential) es unmétodo de prospección eléctrica que tuvo sus orígenes en la búsqueda de recursosminerales, si bien su uso se amplió al mundo de la ingeniería civil y medioambiental,resultando ser una herramienta eficaz en el análisis de problemas de filtración de aguasen el subsuelo.

Técnica de aplicación generalizada en la década de los 80 y principios de los 90, hoy endía es una técnica en desuso dadas las prestaciones que nos ofrecen otros métodos en

este ámbito (i.e. Tomografía eléctrica).

Sin embargo la sencillez del equipo que precisa así como la facilidad de implementaciónen el campo, justifican la descripción de este método.

  Objetivo del método.

El método del Potencial espontáneo se basa en medir entre dos puntos del terreno, cuales la diferencia de potencial eléctrica generada de forma natural en el subsuelo.

El origen de estos campos eléctricos naturales (potenciales espontáneos) está asociadoa diferentes fenómenos como por ejemplo a las variaciones de las propiedades delterreno (cambios de humedad, de su química, etc.), la presencia de cuerpos metálicos,actividad biológica de la materia orgánica, etc..

Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontáneos, el que nos interesa es eldenominado Potencial electrocinético (Electrokinetic potential o Streaming potential)dado que su génesis está ligada al paso de un fluido a través de un medio poroso.

Por consiguiente, el objetivo de este método se reduce simplemente a detectar en nuestroregistro de campo, las variaciones espaciales del potencial electrocinético.

  Principios teóricos básicos.

  Potencial electrocinético.

El paso de una solución de resistividad eléctrica ρ y viscosidad η a través de un mediocapilar o poroso, puede generar un gradiente de potencial eléctrico a lo largo de latrayectoria del flujo. Este potencial es lo que se conoce como Potencial electrocinético.

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Según Dakhnov [13], la génesis de este potencial se debe a la adsorción preferencial deiones de la misma polaridad (en general aniones) en la superficie de los granos,formando una capa fija. Como respuesta a este fenómeno, se produce unenriquecimiento por parte del fluido intersticial de iones de polaridad opuesta formandootra capa (en este caso móvil), de forma que en presencia de un gradiente hidráulico, elmovimiento del agua intersticial y por tanto de la capa móvil, genera una carga neta deseparación en la dirección del movimiento. Estas dos capas es lo que se conoce como ladoble capa de Helmotz.

Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocinético V entre los dos extremos del

conducto poroso, viene definido por la ecuación de Helmholtz [4.1], en donde ε es laconstante dieléctrica, ρ la resistividad, η la viscosidad del electrolito, ∆ P el incrementode presión en los extremos del capilar, y ζ es el potencial Zeta o potencial eléctrico de la

doble capa de Helmholtz. Al cociente ∆V  P se le denomina “electrokinetic coupling

coeficient”.

V =   ∆ P   [4.1] 

Sin embargo, el uso de esta ecuación en problemas reales es poco práctica dado que:• 

En general la estimación de ζ en las rocas no es nada sencillo.

•  Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta lacomplejidad de un medio poroso, en donde la relación granolumetría-

 permeabilidad del medio, la forma y tortuosidad de los poros, así como otrosfactores, tienen una gran importancia en el comportamiento del potencial.

•  Efectos secundarios (i.e. los observados en los minerales de las arcillas) pueden enmascarar los potenciales electrocinéticos puros, complicando por

tanto la interpretación de los resultados (i.e. Lapagne [14]).Por todo ello, los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y evaluar lainfluencia de distintos factores en el comportamiento del potencial electrocinético, tantoen terrenos no consolidados (arcillas, limos y arenas) como en medios fisurados,

  Estudio del potencial en terrenos no consolidados.

En este ámbito destaca el trabajo de Ogilvy [15]. En este estudio se realiza un profundoanálisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial, factores como elgradiente hidráulico, el tamaño de grano, la permeabilidad, así como la concentración

de sal en un fluido.

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Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipótesis de régimen laminar, en donde laley de Darcy tiene validez, las principales conclusiones que se derivaron de este estudiofueron:

•  A medida que aumentamos el gradiente de presión del fluido, la amplitud del potencial también incrementa su valor, pero siempre en valores negativos.

•  Dado un gradiente hidráulico, las mayores amplitudes del potencial electrocinéticose obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70 Darcy (corresponden a arenasde tamaño de grano medio).

•  Fijado un gradiente hidráulico y una permeabilidad, un aumento de la concentraciónde sal del fluido conlleva una disminución significativa del valor del potencial,llegándose incluso a valores casi imperceptibles. Este aspecto limitará el uso delmétodo del Potencial espontáneo en problemas en donde el aguas presente elevadasalinidad.

  Estudio del potencial en medios fisurados.

A diferencia de los terrenos no consolidados, el estudio del potencial en mediosfisurados no ha sido tan amplio. En este sentido destaca el trabajo de Bogolosvsky [16],en el que intenta establecer la relación existente entre el potencial y algunos de los

 parámetros que definen un material fisurado: la apertura de las fisuras, la existencia ono de relleno, y la proporción de finos y arenas presentes en el relleno.

También bajo la hipótesis de régimen laminar, las conclusiones más importantes que sederivaron de los ensayos fueron las siguientes:

•  Para distintas aperturas de fisuras sin relleno, se observó que cuanto menor sea la

apertura mayor será la magnitud del potencial electrocinético (en valores negativos).También se apreció que el orden de magnitud de los valores de potencial obtenidos,eran muy pequeños en comparación con los observados para materiales noconsolidados.

•  Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno arenoso, seobservó que:

1.   No existe una relación de proporcionalidad entre el potencial y la cantidad derelleno, es decir dado un gradiente hidráulico, más cantidad de relleno arenosono implica valores de potencial más grande. Los valores máximos de

 potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40 % .

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2. 

El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho más grande que losobtenidos para fisuras sin relleno, pero sin llegar a los niveles medidos enterrenos no consolidados.

•  Por último, dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100% con diferentesmezclas de arena y arcilla, se observó que fijado el gradiente hidráulico, a medidaque aumenta la proporción de arcilla en el relleno, el valor del potencialelectrocinético disminuye, si bien el orden de magnitud de éstos valores (siemprenegativos) continúan siendo muy superiores a los observados para fisuras sin ningúntipo de relleno.

En definitiva, la detección de focos de filtración en medios fisurados precisará de laexistencia de fisuras de pequeña apertura y con cierto relleno (preferentemente arenoso),de forma que la magnitud del potencial generado por el flujo de agua, sea losuficientemente significativo como para ser medido. En caso contrario la localización deáreas de filtración es prácticamente imposible.

A estas limitaciones, al igual que pasaba en terrenos no consolidados, hemos de sumarlela influencia de la concentración de sal en el fluido en donde recordemos, un incrementode la salinidad del agua conlleva una disminución de la magnitud del potencial.

Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipótesis de régimen laminar, de formaque en el caso de tener un flujo en régimen turbulento (muy factible en medios fisuradoso Karst) el comportamiento descrito deja de tener validez.

  Equipo requerido.

Independientemente de la configuración de medida empleada (ver 4.5.1), el equipo básico requerido es bastante sencillo y consta de:

•  unos electrodos• 

cable eléctrico•  un carrete para recoger el cable•  un milivoltímetro con el que medir el potencial

En el caso de utilizar la configuración multielectródica (4.5.1.3) se precisa un sistemamulticanal de adquisición de datos, y que el cable eléctrico sea multiconductor. Por otrolado, y dado que en general tendremos la presencia de cierto nivel de “ruido” en nuestraseñal de campo (ver 4.5.2), es prácticamente habitual el uso de un monitor telúrico conel que medir las variaciones temporales del potencial espontáneo, y evitar de esta formaconfundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocinético.

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 En cuanto al tipo de electrodos a utilizar, si bien durante muchos años se han estado

empleando electrodos metálicos, diversos estudios (Corwin and Butler [17]) revelaronla conveniencia de utilizar electrodos no polarizables, ya a que este tipo de electrodosreduce los fenómenos de polarización y de deriva (ver 4.5.2).

De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu−CuSO4 los másutilizados. Estos electrodos están formados por una barra de metal inmersa en unasolución saturada de sal de su propio metal, y todo ello dentro de un tubo de porcelana

 porosa que permite poner en contacto la solución con el terreno (Ives and Janz [18]). Enla figura 12 se muestra un esquema básico. 

Fig. 12 Esquema de un electrodo no polarizable de Cu−CuSO4 , ( Reynold [19] ).

  Metodología de campo.

  Tipos de configuraciones en la captura de los datos.

A la hora de realizar las medidas de campo, que al igual que en Tomografía eléctrica sedisponen en forma de perfiles, podemos optar por diferentes procedimientos. Si bientodos ellos se han utilizado con éxito en diferentes trabajos, la susceptibilidad a erroressistemáticos hacen que ciertos dispositivos sean más idóneos que otros.

o  Configuración del gradiente.

Esta técnica solo precisa 2 electrodos, y se basa en medir mediante el milivoltímetro,cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos, siendo la distancia entreambos invariable.

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 Para ello, en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los uniremos a la

terminal positiva y negativa del milivoltímetro respectivamente. Realizada la primeramedida, ahora sin cambiar la polaridad del dispositivo así como la distancia electródica,

 procederemos a tomar el resto de medidas a lo largo del perfil, de forma que el electrodoA ocupe siempre la posición que ocupaba el B en la anterior medida.

Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequeña en comparacióncon la longitud de onda de la anomalía, este procedimiento representa esencialmente elgradiente del potencial espontáneo en la dirección del perfil de reconocimiento (Parasnis

[20]). Para obtener la variación espacial del valor total del potencial, basta con irsumando cada uno de estos gradientes.

Ventajas

•  La utilización de poca longitud de cable eléctrico, aspecto que supone que seminimize su exposición a las mordeduras de los animales y a los actos devandalismo.

•  La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar incidentes conlos posibles vehículos que puedan aparecer en la zona.

•

 

En caso de observar problemas con el cable eléctrico, es más fácil de encontrarel lugar donde tenemos el fallo eléctrico.

Desventajas

•  La gran desventaja de esta configuración reside en el tema de la calidad de losdatos obtenidos. Esto se debe a que el propio proceso de adquisición de datoslleva asociado unos “errores” (polarización, deriva y efecto contactosuelo, ver4.5.2), que si bien pueden ser mínimos para cada medida puntual, a la hora de

sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total, la magnitud de estoserrores se puede magnificar significativamente.

Es justamente este aspecto de la acumulación del error, el que determina que laconfiguración de reconocimiento más habitual sea el de base fija, dejando la delgradiente para aquellas situaciones en las que debido a la orografía del terreno, o a lagran vulnerabilidad del cable eléctrico a sufrir daños, haga inviable el empleo delmétodo de base fija.

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 o  Configuración de base fija (o campo total).

Este dispositivo, en el que solo se precisan también 2 electrodos, se basa en colocarestaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente hallamos definido. Enel momento de realizar las medidas iremos a una de estas estaciones, colocaremos unelectrodo (será el B) y mediremos el potencial con respecto al electrodo A, que estarásituado siempre en una misma base (denominada base de referencia), en la quesupondremos de forma arbitraria potencial cero.

La correcta ubicación de esta base de referencia será fundamental a la hora de obtenerunos resultados óptimos, siendo las zonas idóneas para su emplazamiento aquellas que

 presenten un valor del potencial muy estable en el tiempo.

Ventajas

•  La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de acumulación delerror, ya que cada lectura si bien está sujeta a las tres componentes del erroranteriormente mencionadas, ya corresponde al valor total del potencial.

•  La flexibilidad a la hora de colocar las bases, dado que podemos optar pordensificar su número en aquellas zonas de especial interés.

Desventajas

Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de referencia puedenllegar a ser incluso de algún kilómetro, esto conlleva:

•  Un aumento de la susceptibilidad del cable eléctrico a sufrir algún percance, yasea fortuito o por vandalismo.

•  Dificultad a la hora de encontrar la ubicación precisa del fallo.

En definitiva, si bien el coste económico y de tiempo son más elevados en laconfiguración de base fija que en la configuración del gradiente, dado que la relacióncoste-calidad es muy baja, lo más aconsejable es utilizar esta configuración.

o  Configuración multielectródica.

Esta configuración es similar a la de base fija pero a diferencia de ésta, ahora no vamosde estación en estación conectando el electrodo B con el de referencia, y luego medimos,sino que ahora disponemos de un gran número de electrodos, los cuales ya están todos

conectados a la base de referencia mediante un cable multiconductor. Mediante un

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 sistema multicanal de adquisición de datos, iremos realizando de forma automática toda

la secuencia de medidas, con el espaciado temporal que nosotros queramos.

Ventajas

•  La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran número demedidas en un intervalo de tiempo concreto. Esto nos permitirá estimar con gran

 precisión la deriva de los electrodos, así como otras variaciones temporales del potencial (i.e. corrientes telúricas), y por tanto nos será mucho más fácil y precisoel filtrar estos potenciales de nuestro registro de campo.

Desventajas

•  El elevado coste en comparación con las otras dos configuraciones.

  Fenómenos que “contaminan” nuestras medidas de potencial.

El método del Potencial espontáneo es un método pasivo, dado que simplementemedimos un potencial eléctrico que ya existe de forma natural en el terreno. Estaimposibilidad de poder modificar ningún parámetro de estudio (i.e. intensidad,

frecuencia, etc.), y por tanto de intentar separar la señal de nuestro interés del resto,conllevará que el registro de campo obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontáneos, que perturbarán y enmascararán el potencial de nuestro interés:el potencial electrocinético. Destacar que el orden de magnitud de éstos potenciales enmuchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocinético, que suele ser dealgunas decenas de mV.

En consecuencia nuestro primer objetivo será el reconocer cada uno de estos fenómenos perturbadores, para posteriormente poder filtrarlos de nuestro registro, y quedarnossimplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocinético.

Aunque comúnmente se denomina “ruido” a todas aquellas anomalías de potencial queno son de nuestro interés, basándonos en la nomenclatura usada por Corwin

[21], estableceremos una clasificación de éstos. Así, Corwin distingue entre“error” y “ruido”.

•  “Error” serían todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio procesode adquisición de datos.

•  “Ruido” serían todos aquellos potenciales generados de forma natural (i.e.corrientes telúricas) o artificial (i.e. actividad humana), y cuya génesis no estáligada al movimiento del agua en el terreno.

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En el siguiente esquema se intenta resumir la mayoría de los fenómenos que perturbannuestra señal de campo.

Fig. 13  Resumen de diversos fenómenos que perturban nuestra señal de campo

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Dentro de los “errores” tenemos:

• Polarización y deriva

La polarización se define como el potencial medido por un par de electrodos enausencia de un campo eléctrico externo. Mientras que la deriva son las variacionestemporales del valor de la polarización.

Ambos fenómenos responden a la variación de algunos parámetrosmedioambientales como son la temperatura, la humedad del suelo, así como la

química del fluido intersticial.

Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de algunos mV.Para su evaluación es aconsejable la construcción de probetas de terreno y analizar

sus efectos (Morrison [22]; Corwin and Butler [17]).

Las variaciones de temperatura entre los electrolitos del electrodo B con respecto aldel A, pueden provocar de +0.5 a +1 mV. por cada Cº que aumente esta diferenciade temperatura. Los cambios de temperatura son los principales causantes de laderiva de los valores del potencial de polarización, llegándose incluso a alcanzar

niveles de 10 a 20 mV. bajo condiciones severas (Corwin [21]).

En cuanto a los cambios químicos, se pueden llegar a generar anomalías de potencial

de algunas decenas de mV (Corwin [23]).

• Efecto debido al contacto suelo-electrodo

Si colocamos los electrodos en el terreno, medimos, los extraemos y volvemos areintroducirlos para repetir la medición, se observa que generalmente las mediciones

han cambiado. En muchos suelos compactos conductivos, estas variaciones soninferiores de 5 o 10 mV., sin embargo para suelos secos y resistivos estas variaciones

 pueden ser de decenas de mV. (Corwin [21]).

Para intentar obtener unas lecturas más consistentes, podemos realizar pequeñosagujeros en el terreno, a fin de llegar a una zona en donde las condiciones sean un

 poco más estables. En situaciones de suelo muy seco se puede proceder a verter agua

 para homogeneizar las condiciones de medida (Semenov [24]). En este casodeberemos esperar algunas horas, dada la fuerte deriva en las mediciones producto

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de la filtración libre del agua (Corwin and Hoover [25]). En consecuencia solo esaconsejable verter agua en condiciones extremas.

En lo que concierne al grupo de los “ruidos”, distinguimos entre los que generan un potencial espontáneo constante o variable en el tiempo.

La detección y filtración de los “ruidos” transitorios pasa previamente por estimarsu periodo de oscilación temporal. Estos periodos de oscilación pueden ir desdemenos de un segundo a horas, días e incluso meses. Los de bajo periodo podrán serdetectados a través de propias medidas realizadas, sin embargo para los de periodomás grande se precisará de métodos alternativos (i.e. monitores telúricos), para

detectarlos y filtrarlos.

Del conjunto de “ruidos transitorios” destacamos:

•  Corrientes telúricas

Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del campomagnético terrestre. Las corrientes telúricas son de origen natural y sus variacionestemporales presentan unos periodos de oscilación comprendidos entre los

milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller [26]). Ahora bien, el rango de periodos para los cuales solemos tener la máxima actividad telúrica es de 10-40 s.(Corwin and Hoover [25]), con valores de amplitud del orden de algunos mV. porkilómetro, si bien en áreas de gran resistividad o en zonas en las que se produce unatormenta magnética, podemos tener anomalías de decenas e incluso de hastacentenas de mV.

•  Corrientes eléctricas debido a la actividad humana

Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial, en los quela amplitud de las anomalías puede ser de decenas a centenares de mV /Km (Corwin

[21]).

En cuanto a los “ruidos estables” o con una variación temporal muy lenta, destacamos:

•  Efecto topográfico

En bastantes casos el gradiente topográfico es fácil de reconocer. A modo de ejemplo

tenemos la figura 14, extraída del trabajo de Ernston and Scherer [27], en el que los

autores descomponen la señal de campo en tres componentes: efecto topográfico,

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 residual SP (corresponde a las anomalías debido a la litología) y SP noise

(corresponde a la actividad biológica).

Fig.14  Descomposición de la señal de potencial espontáneo en tres componentes: efecto topográfico, efectodebido a la litología (residual SP) y efecto debido a la actividad biológica (noise SP)

• 

Corrosión de elementos metálicos enterradosLa existencia de elementos metálicos enterrados en el terreno (i.e. tuberíasmetálicas), pueden generar anomalías de potencial de gran amplitud (algunascentenas de mV.) de signo negativo (ver fig. 15). En áreas de actividad humana, esaconsejable un previo reconocimiento mediante técnicas electromagnéticas paralocalizar posibles elementos enterrados.

Fig. 15  Anomalías del potencial espontáneo debido a elementos metálicos enterrados

en el terreno (Corwin [21]).

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Planificación de la campaña de reconocimiento. 

Dada la cantidad de fenómenos que pueden perturbar nuestra señal de campo, en la planificación será fundamental el garantizar la correcta adquisición de los datos.

En este sentido, la calidad de la información obtenida dependerá de:

1.  La configuración de reconocimiento utilizada.

2.  La selección del material adecuado así como de su mantenimiento.

3.  La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas decampo.

4.  Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por vandalismo)con los equipos de medida.

Además de estas cuestiones, otros aspectos que deberemos determinar en la planificación de la campaña de campo son:

1. 

 Número, ubicación y longitud de los perfiles en el terreno.2.  Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil.

3.  Localización de la base de referencia (en el caso de usar configuración de base fija o multielectródica).

4.  Periodicidad con la que se tomarán las medidas, a fin de intentar caracterizary filtrar las variaciones temporales del potencial espontáneo

La configuración más usual es la de base fija. Ello conlleva el determinar previamente la ubicación idónea de nuestra base de referencia, siendo el lugar másadecuado aquel en donde el valor del potencial espontáneo sea lo más estable posible(alejado de la zona afectado por el flujo subterráneo). Esta base puede estar situadaa gran distancia de los puntos de medida.

La disposición de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig. 18) deforma análoga a lo visto en Tomografía eléctrica, siendo la separación entre ellasgeneralmente pequeña (de algunos metros), a fin de poder caracterizarcorrectamente incluso aquellas anomalías de longitud de onda pequeña.

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 4.5.4 Procesado e interpretación de los datos.

Para cada perfil obtendremos una gráfica, en donde en el eje de abcisas colocaremoscada una de las estaciones de medida que conformen el perfil, mientras que en el ejede ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del potencial espontáneo medido.

Ahora, nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes “ruidos” y“errores” que puedan existir en nuestras medidas, a fin de quedarnos simplementecon las variaciones espaciales del potencial electrocinético. Su magnitud suele serdel orden de algunas decenas de mV. Este proceso puede ser muy complicado enzonas de elevado nivel de ruido (i.e. Cardona).

Además de los perfiles, también es muy frecuente confeccionar mapas de isolíneasde potencial electrocinético, en los que a partir del aumento o disminución relativadel valor del potencial en el sentido del flujo, podremos caracterizar el problema defiltración en el subsuelo.

A la hora de interpretar los resultados, la variación exacta del potencial espontáneoen zonas con presencia de flujos de agua, es una función compleja que depende deaspectos tales como la sección geoeléctrica, la intensidad del flujo, o la profundidad

y geometría de éste (Wilt and Corwin [28]). Sin embargo en la práctica, y como

resultado de diversos estudios así como de la experiencia acumulada en casos reales,se han observado ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usana modo de reglas en la interpretación.

En el caso de analizar los resultados obtenidos a través de los perfiles,identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones, aquellas zonas endonde se produzcan anomalías negativas, es decir un descenso relativo del valor del

 potencial electrocinético.

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 Fig. 16  Anomalías del potencial espontáneo producto de

un flujo de agua ( Butler [29]).Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas mono- y bivalentes, la capa móbil de la doble capa de Helmotz esta compuesta por cationes,de forma que los iones positivos son transportados en la dirección del flujo

(Bogolovsky [30]).

Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isolíneas, en zonas en dondetengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o descendente (i.e. al

 penetrar través de un dique de tierra o bajo el fondo de un reservorio), en generalobservaremos una disminución relativa del valor del potencial en el sentido del flujo

(anomalía negativa), mientras que si el flujo tiene una trayectoria ascendente conrespecto a la superficie del terreno, generalmente se producirá un aumento relativo

del potencial en el sentido del flujo (fig.17). Bogolovsky [30]; Corwin

[31].

Fig. 17  Distribución del potencial espontáneo para el talud aguas abajo de una presa de tierras, en donde

el flujo es ascendente con respecto superficie del terreno. (Bogolovsky [32]).

Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente comentados, se haobservado también que las anomalías del potencial electrocinético pueden verse

afectados por la litología (Bogolovsky [30]). En este sentido, zonas con altocontenido en arcilla pueden provocar anomalías positivas, mientras que zonas con

 predominio de material arenoso pueden producir anomalías negativas.

En definitiva, y dada la variedad de factores que influyen en las anomalías del potencial, la interpretación de los datos obtenidos dependerá de las característicasde cada problema en concreto.

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El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) así como a la alta presencia desal en el fluido, imposibilitó el uso del método del Potencial espontáneo en Cardona.A fin de ilustrar gráficamente algunos de los aspectos anteriormente comentados,

 procederemos a exponer de forma muy breve los resultados de un estudio defiltración de agua en la presa de tierra de Clearwater, Missouri (Butler

[29]).

La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage zone), cosa

que facilitó como ubicar los perfiles. En la figura 18 tenemos representado ladisposición de los cuatro perfiles de potencial espontáneo que utilizaron: Array 1, 2,1A y 2B. Se utilizó el dispositivo de base fija, colocándose la base de referencia al

 Norte del reservorio.

Teniendo en cuenta que el gradiente hidráulico es un parámetro fundamental en lagénesis e intensidad de las filtraciones de agua, en embalses es muy frecuenteanalizar el problema tanto en la situación de máximo y mínimo nivel de agua delreservorio.

Fig. 18 Plano del mapa de Clearwater Dam en el que se muestran la ubicación de los 4 perfiles deelectrodos del potencial espontáneo.

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 Por consiguiente, para cada perfil se realizaron varias series de medidas para ambos

casos. En la figura 19 se muestras los datos ya filtrados obtenidos del perfil Array2A (formado por 11 estaciones de medida).

Fig. 19  Datos ya filtrados del perfil array 2A para nivel de agua máximo y mínimo.

En la figura 19 se observa con claridad el comportamiento diferenciado del potencial para ambos niveles de agua en el reservorio. Mientras que en la situación de mínimonivel de agua no parece que existan problemas de filtración significativos, para lasituación de máximo nivel de agua (línea de trazo continuo), se aprecian claramenteunas marcadas anomalías negativas, que las asociamos a diferentes flujos de agua.

Si este análisis lo hacemos con todos los perfiles y correlacionamos los datos entresi, podemos llegar a dibujar un mapa aproximado de las diversas trayectorias. En lafigura 20 se muestran las trayectorias resultantes del estudio en donde además

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  Ventajas y limitaciones del método.

Las principales ventajas de este método son:

•  Es un método muy económico y robusto, dada la sencillez de los aparatos.

•  Es un método que no es agresivo con el medio.

En cuanto a las limitaciones que presenta este método tenemos:

•  Es un método que no nos permite estimar la profundidad del flujo.

•   No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigación.

•  Dado que es un método pasivo (simplemente medimos el potencialespontáneo que ya existe de forma natural en el terreno), nuestra señal decampo en general se verá afectada por niveles significativos de ruido. Enconsecuencia la calidad del estudio dependerá en gran medida de lacapacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos “ruidos” y“errores”, a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencialelectrocinético.

del potencial espontáneo, se utilizaron otras técnicas geofísicas a fin de precisar

mejor los resultados.

Fig. 20 Cartografía de las diferentes trayectorias del flujo.

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 •  Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto, se requiere que

el responsable del proyecto tenga cierta experiencia.

•  El rango de aplicabilidad del método se ve restringido enormemente cuandotrabajamos en medio fisurado, así como con fluidos de elevada salinidad.

1.  Para medios fisurados, solo en los casos de tener fisurasde pequeña apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso),la magnitud de la anomalía será lo suficientemente significativacomo para ser detectado.

2. 

En lo que concierne a la salinidad, en el caso de analizarfiltraciones de agua con elevada concentración de sal, ladetección será prácticamente imposible dado que la magnitudde la anomalía del potencial electrocinético será casiinapreciable.

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 PRACTICA DEL GRAFITO

OBJETIVO

Adentrarnos en el estudio del subsuelo con métodos eléctricos, en este caso, mediante lamedición de las diferencias de potencial eléctrico en unas hojas cartulina coloreada congrafito, esta fue la representación en miniatura de lo que haremos en la próxima practicade campo.

INTRODUCCIÓN

Este documento es el reporte de una práctica de potencial eléctrico realizada en el salónde clases en la materia de Métodos eléctricos. Pero, como podemos medir el potencialeléctrico de una superficie cualquiera, en este caso una hoja de grafito, comúnmente aplicado a lassuperficies de la corteza terrestre, sin antes conocer claramente que es y cómo se mideel potencial eléctrico. Pues bien, potencial es un tipo de magnitud que indica cambios enotras magnitudes distintas. Eléctrico, por su parte, es algo que dispone o transmite electricidad, oque logra funcionar gracias a ella. Ya que tenemos claro el concepto de Potencialeléctrico, se procede a realizar la práctica que aquí se describirá.

El potencial eléctrico o potencial electrostático en un punto, es el trabajo que deberealizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto hastael punto de referencia, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, esel trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positivaunitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerzaeléctrica a velocidad constante. Matemáticamente se expresa por:

El potencial eléctrico sólo se puede definir unívocamente para un campo estático

 producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas enmovimiento debe recurrirse a los  potenciales de Liénard-Wiechert para representar uncampo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo,  ya que las

 perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidadde la luz. Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta con energíay el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el exteriordel campo hasta el punto considerado. La unidad del Sistema Internacional esel voltio (V).Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman una

superficie equipotencial. Una forma alternativa de ver al potencial eléctrico es que a

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 diferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, él caracteriza sólo una región

del espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca ahí.Campo eléctrico uniformeSean A y B dos puntos situados en un campo eléctrico uniforme, estando A a unadistancia d de B en la dirección del campo, tal como muestra la figura.

Una carga de prueba q se mueve de A hacia B en un campo eléctrico nouniforme E mediante un agente exterior que ejerce sobre ella una fuerza F.

Campo eléctrico no uniformeEn el caso más general de un campo eléctrico no uniforme, este ejerce una

fuerza sobre la carga de prueba, tal como se ve en la figura. Para evitar que la carga

acelere, debe aplicarse una fuerza que sea exactamente igual a para todas las posiciones del cuerpo de prueba.Si el agente externo hace que el cuerpo de prueba se mueva siguiendo un

corrimiento a lo largo de la trayectoria de A a B, el elemento de trabajo desarrollado

 por el agente externo es . Para obtener el trabajo total hecho por el agenteexterno al mover la carga de A a B, se suman las contribuciones al trabajo de todos lossegmentos infinitesimales en que se ha dividido la trayectoria. Así se obtiene:

Como , al sustituir en esta expresión, se obtiene que

Si se toma el punto A infinitamente alejado, y si el potencial al infinito toma el valorde cero, esta ecuación da el potencial en el punto B, o bien, eliminando el subíndice B,

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Estas dos ecuaciones permiten calcular la diferencia de potencial entre dos puntoscualesquiera si se conoce .

APLICACIÓN DEL MÉTODO DEL POTENCIAL ESPONTANEO

El método del Potencial o Polarización espontánea es de campo natural por lo que no precisa de circuito de emisión alguno. Destaca también este método por ser el másantiguo, ya que su origen remonta a1815 descubierto por el Ingles Robert Fox quien

sugirió el uso de este fenómeno para la prospección de yacimientos minerales, por lo quese le ha considerado (Kunetz, 1966) como “el abuelo de los Geofísicos”,  aunque los primeros resultados positivos no se obtuvieron hasta 1913.Se basa este método en que, endeterminadas condiciones, ciertas heterogeneidades conductoras del subsuelo se polarizan,convirtiéndose en verdaderas pilas eléctricas, que originan en el subsuelo corrienteseléctricas. Estas corrientes producen una distribución de potenciales observable en la superficie delterreno, y que delata la presencia del cuerpo polarizado (Ernesto Orellana, 1992). Si seclavan en el terreno dos electrodos impolarizables, y se conectan a los terminales de unvoltímetro sensible, se observará que entre ellos existe una diferencia de potencial. A

 pesar de su antigüedad este método sigue siendo utilizado en la actualidad por ser simpleen equipamiento y de fácil ejecución en el campo. Se utiliza para el descubrimiento decuerpos conductores, especialmente de yacimientos de sulfuros. La herramienta del SPes una de las herramientas más simples y es generalmente tomada como estándar al momentode sondear un pozo, junto con rayos gamma. Los datos dados por el SP pueden ser usados

 para saber:

La correlación de formacionesValores de resistividad del agua de la formaciónDonde están las formaciones permeablesLos límites de estas formaciones

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 METODOLOGÍA

MATERIAL1.

Hojas tamaño carta de cartulinaGrafitoVoltímetroAparato de corrientePara realizar esta práctica, primero coloreamos las hojas de cartulina con el grafito, de manerairregular, para que la podamos obtener variaciones de voltaje, después cuadriculamos la

cartulina agregando un punto a cada dos cm de ella hasta obtener una parrilla (grid) de puntos en toda la superficie. Después procedemos a hacer las mediciones con los instrumentos decorriente y el voltímetro, manteniendo un cable del voltímetro en un punto fijo y desplazandoel otro extremo por todos los puntos de la hoja. Se toma nota del voltaje que arroja cada punto. Porultimo pasamos nuestros datos obtenidos a la plataforma de Surfer para poder apreciar nuestro potencialmedido.

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Se puede encontrar que las líneas equipotenciales obedecen la disposición del grafitosobre la cartulina, y que se concentran en su mayoría sobre la zona con mayor grafito,así como también que el flujo va hacia el exterior de dichas líneas.

CONCLUSIÓNEn síntesis se tiene que potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar unafuerza eléctrica (ley de Coulomb) para mover una carga unitaria “q” desde ese puntohasta el infinito, donde el potencial es cero. Dicho de otra forma es el trabajo que deberealizar una fuerza externa para traer una carga unitaria “q” desde el infinito hasta el

 punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.

Y que cuando una carga de prueba positiva, la cual se puede utilizar para hacer el mapade un campo eléctrico. Para tal carga de prueba localizada a una distancia r de una cargaq.De manera equivalente, el potencial eléctrico es = Trabajo eléctrico y energía potencialeléctrica Considérese una carga puntual q en presencia de un campo eléctrico. La cargaexperimentará una fuerza eléctrica.

Ahora bien, si se pretende mantener la partícula en equilibrio, o desplazarla a velocidadconstante, se requiere de una fuerza que contrarreste el efecto de la generada por elcampo eléctrico. Esta fuerza deberá tener la misma magnitud que la primera.

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Partiendo de la definición clásica de trabajo, en este caso se realizará un trabajo paratrasladar la carga de un punto a otro. De tal forma que al producirse un pequeñodesplazamiento dl se generará un trabajo dW. Es importante resaltar que el trabajo será

 positivo o negativo dependiendo de cómo se realice el desplazamiento en relación conla fuerza.Teniendo en cuanta que, en el caso de que la fuerza no esté en la dirección deldesplazamiento, sólo se debe multiplicar su componente en la dirección del movimiento.Será considerado trabajo positivo el realizado por un agente externo al sistema carga-campo que ocasione un cambio de posición y negativo aquél que realice el campo.

Por otra parte, si el trabajo que se realiza en cualquier trayectoria cerrada es igual a cero,entonces se dice que se está en presencia de un campo eléctrico conservativo.Es importante destacar que el trabajo puede ser positivo, negativo o nulo. En estos casosel potencial eléctrico en B será respectivamente mayor, menor o igual que el potencialeléctrico en A. La unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de laecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa mediante una nueva unidad, el voltio,esto es: 1 voltio = 1 Joule/Coulomb. Un electrón volt (eV) es la energía adquirida paraun electrón al moverse a través de una diferencia de potencial de 1V, 1 eV = 1,6×10^−19J. Algunas veces se necesitan unidades mayores de energía, y se usan los kiloelectrónvolts (keV), megaelectrón volts (MeV) y los gigaelectrón volts (GeV). (1 keV=10^3 eV,1 MeV = 10^6 eV, y 1 GeV = 10^9 eV). Aplicando esta definición a la teoría de circuitos

y desde un punto de vista más intuitivo, se puede decir que el potencial eléctrico en un punto de un circuito representa la energía que posee cada unidad de carga al paso pordicho punto. Así, si dicha unidad de carga recorre un circuito constituyendóse encorriente eléctrica, ésta irá perdiendo su energía (potencial o voltaje) a medida queatraviesa los diferentes componentes del mismo. Obviamente, la energía perdida porcada unidad de carga se manifestará como trabajo realizado en dicho circuito(calentamiento en una resistencia, luz en una lámpara, movimiento en un motor, etc.).Por el contrario, esta energía perdida se recupera al paso por fuentes generadoras detensión. Es conveniente distinguir entre potencial eléctrico en un punto (energía porunidad de carga situada en ese punto) y corriente eléctrica (número de cargas que

atraviesan dicho punto por segundo). Usualmente se escoge el punto A a una grandistancia (en rigor el infinito) de toda carga y el potencial eléctrico a esta distanciainfinita recibe arbitrariamente el valor cero.

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PRACTICA DE CAMPO

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OBJETIVO

El objetivo de esta práctica fue conocer el estudio del subsuelo con métodos eléctricos, en esta ocasión,mediante la medición de las diferencias de potencial eléctrico sobre distintos terrenos.

INTRODUCCION

Los métodos eléctricos son un tipo de método geofísico, y constituyen pruebas realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de lastécnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotécnico. 

Permiten evaluar la resistividad media del subsuelo mediante la medición de unadiferencia de potencial entre dos electrodos situados en la superficie.

El flujo de corriente a través del terreno discurre gracias a fenómenos electrolíticos, porlo que la resistividad depende básicamente de la humedad del terreno y de laconcentración de sales en el agua intersticial. Por ello existe una gran variabilidad devalores de la resistividad para cada tipo de terreno, con rangos muy amplios.

Este reporte se hablará de la práctica del potencial espontáneo, en donde se desarrollaran

todos los punto, definiciones, y características de este tema; como se mide un potencialespontáneo en el subsuelo, que características presenta el subsuelo, cuales son los materiales que seocupan, que pasos tenemos que seguir, cual o cuales son los beneficios de esta prospección,en donde la podemos aplicar y posteriormente un graficado de todos los voltajes que presento elsubsuelo y a su vez darle una interpretación.

El potencial eléctrico o potencial electrostático en un punto, es el trabajo que deberealizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto hastael punto de referencia, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, esel trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva

unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerzaeléctrica a velocidad constante. Matemáticamente se expresa por:

El potencial eléctrico sólo se puede definir unívocamente para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas enmovimiento debe recurrirse a los  potenciales de Liénard-Wiechert para representar uncampo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo,  ya que las

 perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidadde la luz. 

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 Si se considera que las cargas están fuera de dicho campo, la carga no cuenta con energía

y el potencial eléctrico equivale al trabajo necesario para llevar la carga desde el exteriordel campo hasta el punto considerado. La unidad del Sistema Internacional esel voltio (V).Todos los puntos de un campo eléctrico que tienen el mismo potencial forman unasuperficie equipotencial. Una forma alternativa de ver al potencial eléctrico es que adiferencia de la energía potencial eléctrica o electrostática, él caracteriza sólo una regióndel espacio sin tomar en cuenta la carga que se coloca ahí.Campo eléctrico uniformeSean A y B dos puntos situados en un campo eléctrico uniforme, estando A a unadistancia d de B en la dirección del campo, tal como muestra la figura.

Una carga de prueba q se mueve de A hacia B en un campo eléctrico nouniforme E mediante un agente exterior que ejerce sobre ella una fuerza F.Campo eléctrico no uniformeEn el caso más general de un campo eléctrico no uniforme, este ejerce una

fuerza sobre la carga de prueba, tal como se ve en la figura. Para evitar que la carga

acelere, debe aplicarse una fuerza que sea exactamente igual a para todas las

 posiciones del cuerpo de prueba.Si el agente externo hace que el cuerpo de prueba se mueva siguiendo un

corrimiento a lo largo de la trayectoria de A a B, el elemento de trabajo desarrollado

 por el agente externo es . Para obtener el trabajo total hecho por el agenteexterno al mover la carga de A a B, se suman las contribuciones al trabajo de todos lossegmentos infinitesimales en que se ha dividido la trayectoria. Así se obtiene:

Como , al sustituir en esta expresión, se obtiene que

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Si se toma el punto A infinitamente alejado, y si el potencial al infinito toma el valorde cero, esta ecuación da el potencial en el punto B, o bien, eliminando el subíndice B,

Estas dos ecuaciones permiten calcular la diferencia de potencial entre dos puntoscualesquiera si se conoce .

APLICACIÓN DEL MÉTODO DEL POTENCIAL ESPONTANEO

El método del Potencial o Polarización espontánea es de campo natural por lo que no precisa de circuito de emisión alguno. Destaca también este método por ser el másantiguo, ya que su origen remonta a1815 descubierto por el Ingles Robert Fox quiensugirió el uso de este fenómeno para la prospección de yacimientos minerales, por lo quese le ha considerado (Kunetz, 1966) como “el abuelo de los Geofísicos”,  aunque los

 primeros resultados positivos no se obtuvieron hasta 1913.Se basa este método en que, endeterminadas condiciones, ciertas heterogeneidades conductoras del subsuelo se polarizan,convirtiéndose en verdaderas pilas eléctricas, que originan en el subsuelo corrienteseléctricas. Estas corrientes producen una distribución de potenciales observable en la superficie del

terreno, y que delata la presencia del cuerpo polarizado (Ernesto Orellana, 1992). Si seclavan en el terreno dos electrodos impolarizables, y se conectan a los terminales de unvoltímetro sensible, se observará que entre ellos existe una diferencia de potencial. A

 pesar de su antigüedad este método sigue siendo utilizado en la actualidad por ser simpleen equipamiento y de fácil ejecución en el campo. Se utiliza para el descubrimiento decuerpos conductores, especialmente de yacimientos de sulfuros. La herramienta del SPes una de las herramientas más simples y es generalmente tomada como estándar al momentode sondear un pozo, junto con rayos gamma. Los datos dados por el SP pueden ser usados

 para saber:

La correlación de formaciones

Valores de resistividad del agua de la formaciónDonde están las formaciones permeablesLos límites de estas formaciones

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METODOLOGÍA 

MATERIAL

VarillasCable de cobre aisladoVoltímetroPalaLongimetro

MarroElectrodos

PROCEDIMIENTOEl maestro nos mostró los terrenos en donde se iban hacer las tres mediciones.Analizamos las dimensiones del mallado de cómo se iban hacer las lecturas, el primermallado fue de 25m x 10 m de esa área nosotros decidimos realizar nuestras mediciones

a cada 2 m, el segundo mallado que fue a la mitad del campo lo realizamos de 5 mx 3mhaciendo la medición del voltaje a cada metro.Se acomodó el equipo conectando los electrodos al punto de referencia, al voltímetro,tomando en cuenta que las lecturas se iban a medir en mili volts (corriente directa)Se sacó la orientación de las líneas y coordenadas geográficas del lugar.Se colocó una varilla en el punto de referencia mientras que la otra se movía de lugar para medir el potencial de forma ascendente en el eje y forma descendente en el eje x oviceversa.Se capturaron loa datos en nuestra libreta de campo.Posteriormente se procesaron los datos en el programa Surfer se mostraran una gráficas

y se interpretaron los diferentes potenciales u anomalías

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En esta prueba de campo no se notan grandes anomalías en la mayoría de la zona deestudio, y dichas anomalías se encuentran en los márgenes, por esto se puede deducirsabiendo la localización de ésta zona que esas anomalías pueden ser principalmente porla barda y por la malla metalizada que se encuentran precisamente sobre el eje X-Y dela gráfica.Por lo tanto como interpretación puede destacarse un objeto en la profundidad que haceque la línea equipotencial que es profunda presente una forma por que el cuerpoenterrado crea un movimiento en el valor y lugar del potencial espontáneo en el suelo.

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 Nota: Se puede notar en la gráfica que existen puntos de inflexión (Cuadros rojos), lo

que hace referencia a una anomalía, dado que tenemos el conocimiento de actividadhumana, existe la posibilidad de que exista una tubería que pase por nuestra áreaestudiada, o también de que sean datos con algún margen de error debido a que ese díaen la mañana llovió.Aunque en nuestras investigaciones acerca de las mediciones del potencial espontáneoencontramos que donde se encuentren anomalías negativas, es decir un descenso relativodel valor del potencial electrocinético son zonas susceptibles de presentar filtraciones deagua.

-0.06

-0.05

-0.04

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0 10 20 30 40

   V   o    l   t

   a   j   e    (   m   V    )

Distancia (m)

Potencial Espontáneo

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Como podemos ver aquí las lineas equipotenciales que se encuentran concentrica o semi-concentricamente tienden a ser zonas sin ninguna anomalia, ya que no existe algo en elsubsuelo que haga una anomalia, pero en las lineas que no presentan un patron puedeexistir, ya que existen materiales en el subsuelo que ocasionan cambios en nuestras lineasequipotenciales, que en éste caso se supone una corriente subterranea de agua dado quelos resultados de nuestra prueba de campo en su mayoria fueron negativos en dicha zona.

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