MTODOS ELCTRICOS

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES

ESCUELA DE CIENCIAS GEOLGICAS Y AMBIENTALES

CARRERA: INGENIERA GEOLGICA

ASIGNATURA: GEOFSICA GENERALTEMA: MTODO ELCTRICOS

INSTRUCTOR: ING. HONORIO MORN COELLO

Guayaquil, junio de 20124MTODOS ELCTRICOSQu son los Mtodos Elctricos? Los mtodos elctricos son la modalidad de investigacin geofsica ms antigua (Robert W. Fox en 1830 ) y la utilizada por gelogos, geofsicos e ingenieros para distinguir y caracterizar el subsuelo. En qu se basan los mtodos elctricos?Los mtodos elctricos se basan en la medicin de las propiedades elctricas del subsuelo.MTODOS ELCTRICOSTodos los materiales de la Tierra oponen resistencia al flujo de la corriente elctrica. Esta propiedad se llama resistividad geoelctrica, la cual nos permite diferenciar entre distintos materiales.

5.1 PROSPECCIN ELCTRICALa Prospeccin Elctrica puede ser pasiva y/o activa.

Pasiva: Estudia los potenciales elctricos espontneos que surgen debido a reacciones qumicas naturales que ocurren en el subsuelo (generalmente en las interfaces de rocas distintas)

5.1 PROSPECCIN ELCTRICAActiva: Cuando el potencial elctrico estudiado surge como respuesta a un estimulo aplicado (inyeccin de corriente).

Las propiedades elctricas del subsuelo pueden explorarse, por tres mtodos elctricos:

Potencial espontneo ResistividadPolarizacin inducida

Potencial Espontneo o Auto potencial (SP): Se basa en la recepcin de las corrientes naturales que ocurren en la corteza terrestre debido a: Reacciones qumicas espontaneasPresencia de aguas subterrneas (un flujo de agua siempre crea una corriente elctrica)Iones libres que se desplazan por efecto del magnetismo terrestre, etc.Resistividad (): Es aplicado en minera, geologa e hidrologa y permite estudiar las anomalas de resistividad elctrica, lo que se correlaciona con:Ausencia y/o presencia de cuerpos mineralizadosAguas, subterrneasGrado de fracturamiento de las rocas.Polarizacin Inducida (IP): Este mtodo cuantifica las propiedades capacitivas de la corteza terrestre, ya que ciertas formaciones mineralizadas actan (como los sulfuros diseminados) como mini condensadores lo que influye en el tiempo que tarda en descargarse el terreno [ (Capacidad elctrica)]. 8AplicacionesReconocimiento de niveles estratigrficosInvestigaciones tectnicas para la bsqueda de petrleoLocalizacin del sustrato rocosoLocalizacin del nivel freticoDeterminacin de contaminacin del subsuelo (lixiviados, plumas) Localizacin de tuberas de gran dimetroLocalizacin de restos arqueolgicosLocalizacin de yacimientos mineralesAplicacionesDeterminacin de diferentes litologas para estudios geolgicos generales. Estudios para la localizacin y cubicacin aproximada de materiales de construccinEstudios ambientalesDeterminacin de huecos, cavidades, minas, depsitos, estructuras artificiales enterradas.Estudios de cimentacin para ingeniera civil, etc.5.2. Medida de Resistividad en TerrenoQu es la resistividad?

La resistividad elctrica de un material describe la dificultad que encuentra la corriente a su paso por l.

De igual manera se puede definir la conductividad como la facilidad que encuentra la corriente elctrica al atravesar el material.

Resistividad elctrica de suelos. Se define a partir de un cubo elctricamente uniforme, de lado de longitud L a travs el cual pasa una corriente I (Figura 1). El material dentro del cubo resiste el paso de la corriente elctrica a travs de el, resultando as en una cada de potencial (V) entre las caras opuestas de este. La resistencia (R) es proporcional a la longitud (L) del material resistivo e inversamente proporcional al rea (A). Es decir: R L / A

5.2.1. Principios bsicos

Figura 1.- Definicin bsica de la resistividad a travs de un cubo homogneo.la constante de proporcionalidad es la resistividad elctrica o resistencia especfica que se denota con el smbolo . De aqu, se tiene que la resistencia a travs de un volumen unitario esta dada por

La resistencia del prisma no slo depende del tipo de material del que est formado sino tambin de su longitud y de la seccin del mismo

R = L / ADe acuerdo con la ley de Ohm, la resistencia tambin se define en trminos del cociente de la cada de potencial y la corriente que pasa por el cubo, es decir

R =V / IEstas dos ecuaciones se pueden combinar para obtener una expresin para la resistividad, que resulta

cuyas unidades son ohm-metro (m).

=VA / ILTeniendo en cuenta la dependencia de la resistencia con los parmetros geomtricos del sistema y con , se puede re-escribir la Ley de Ohm de la siguiente forma:

donde K es un factor geomtrico que contiene la informacin correspondiente a los parmetros geomtricos del sistema.

=VA / IL = K(V/I)El inverso de resistividad (1/) es la conductividad () la cual tiene como unidades siemens/metro (S/m) que son equivalentes a mhos/metro (-1 m-1).

=1 / .MuestraConductividad a 25C Agua Ultra-pura0.05 S/cm Agua de alimentacin a calderas1 a 5 S/cm Agua potable50 a 100 S/cm Solucin de Suelo0.5 - 2.5 mS/cm Agua de mar53.0 mS/cm 5 % NaOH223.0 mS/cm Valores de conductividad de algunas muestras tpicasLa resistividad de la mayora de las rocas y sedimentos secos es elevada, por lo que actan como semiconductores, o conductores de baja capacidad.

Este comportamiento cambia significativamente cuando las fisuras o los poros estn ocupados por agua, lo que genera una disminucin de la resistividad, o lo que es lo mismo en aumento en la capacidad de conduccin de la corriente elctrica.

Adems del grado de saturacin tambin incide en la resistividad del medio, el contenido salino del agua; a mayor salinidad, menor resistividad y viceversa.

Los contrastes en las resistividades son los que permiten aplicar exitosamente los mtodos de prospeccin geoelctrica mediante la inyeccin de corrientes continuas.Por lo tanto no todos los terrenos tiene igual resistividad. Algunos ejemplos

Conceptos ImportantesCarga elctrica

Campo elctrico

Intensidad de campo

Intensidad de flujo en medio naturalCampo elctrico tridimensional generado por dos cargas iguales de signos contrarios.

Puede ser representado en la siguiente figura, en que se puede apreciar las lneas de intensidad de campo y las lneas equipotenciales. Similar a este, ser el campo generado al realizar un sondeo elctrico, en que ser posible determinar las caractersticas del medio, en funcin del campo elctrico.Cmo fluye corriente entonces?La conductividad del suelo se debe a:Presencia de humedadSales en solucin

b) Cantidad de corriente transportada puede alcanzar valores importantes an en un mal conductor, si el volumen que participa es considerable.

Conduccin en suelosCarcter Electroqumico.Depende de:porosidad de materiales componentes del terrenodistribucin y disposicin de los porosconductividad del agua que llena los poros.Conductividad PrimariaConductividad Secundaria

Hay tres maneras por las cuales se puede conducir corriente a travs de una roca:ElectrolticaElectrnica (hmica) y Dielctricamente.

Conduccin elctricaConduccin electrolticaLa conduccin electroltica ocurre cuando los iones se mueven lentamente dentro de un electrolito y la magnitud de la corriente depende del tipo de ion, de la concentracin y de la movilidad inica entre otros. Conduccin electrnicaLa conduccin electrnica es el proceso a partir del cual los metales, permiten a los electrones moverse rpidamente para transportar la cargaConduccin dielctricaLa conduccin dielctrica ocurre en materiales muy poco conductores (o aislantes) cuando se aplica una corriente alterna de tal forma que los electrones se mueven un poco respecto a sus ncleos.Marco TericoResistividad de los Materiales:

es la resistividad (V m/A o m).E es la magnitud del Campo Elctrico (V/m).J es la magnitud de la densidad de corriente (A/m2).R es la resistencia elctrica de una muestra homognea de material ().l es la longitud de la porcin de material (m) .A es el rea de la seccin transversal de la muestra (m2)

MaterialResistividad (m) a 20 C MaterialResistividad (m) a 20 C Plata1.59108Plomo2.2107Cobre1.68108Constatan4.9107Oro2.44108Mercurio9.8107Aluminio2.82108Nicromo1.10106Calcio3.36x108Carbono3.5105Tungsteno5.60108Germanio4.6101Zinc5.90108Agua de Mar2101Nquel6.99108Silicona6.40102Hierro1.0107Vidrio1010 a 1014Platino1.06107EbonitaAproximadamente 1013Estao1.09107Azufre1015Resistividad de una solucin de ClNa en funcin de su concentracin

Figura 2 . Indica la variacin en la resistividad de una solucin en funcin de su concentracin en CINa, observndose que para una concentracin de 0,01 g/l (10 mg/l) la resistividad es de 400 ohm.m y para 100 g/l (100.000 mg/l) la resistividad disminuye a 0,08 ohm.m, lo que implica una diferencia de unos 4 rdenes de magnitud.Figura 3 . Distribucin del agua en el subsueloSi adems del contenido salino del agua, se analiza el comportamiento del componente geolgico en su conjunto (slido + poros + agua) se tiene que la resistividad de una arena en la zona subsaturada, o sea por encima de la superficie fretica ser:

a = F*w/Isy por debajo de la superficie fretica:

dondea: resistividad arena F: forma y tamao de los poros (coeficiente que generalmente vara entre 1,5 y 3)w: resistividad del agua Is: ndice de saturacin : porosidad total.a = F*w/Clasificacin de los SuelosPrincipales constituyentes: xido de Silicio SiO2xido de Aluminio Al2O3

Excelentes Dielctricos.

Resistividades de Distintos Tipos de Terrenos.Tipo de TerrenoResistividad [ m]Terrenos vegetales hmedos10 50Arcillas, gredas, limos20 60Arenas arcillosas80 120Fangos, Turbas150 300Arenas250 500Suelos pedregosos300 400Rocas1.000 -10.0000Concreto hmedo100 240Concreto seco10.000 50.000Toda corriente que fluye genera una diferencia de PotencialAbarca Extensas regiones debajo de la superficie

Variacin de la resistividad en el campo elctrico producido por los electrodos ABVariacin VerticalVariacin Horizontal horizontal pequea. Puede ser DespreciadaModelo de Estratos paralelosCada estrato posee:Espesor Valor constante de resistividad

Modelo de Estratos heterogneos

Variables que Afectan de un terreno Humedad (H en % de peso)Temperatura (T en C)

Ecuacin de Albrecht

Compactacin del SueloConcentracin de sales disueltasPresin

Resistividad Vs HumedadVariacin de resistividad de un suelo en funcin de la humedadVariacin de resistividad de un suelo en funcin de la temperatura.Temperatura (C)Resistividad Tpica (m)20210400 Agua500 Hielo90-5100

Resistividad Vs TemperaturaFuente: Orellana (1982) Variacin de resistividad de un suelo en funcin de Sales.Resistividad Vs Sales

Variacin de resistividad de un suelo en funcin de la presinResistividad Vs PresinFuente: Orellana (1982)

Medicin de en TerrenoConfiguraciones bsicas para medir suponen existencia de un medio homogneo: resistividad aparente

Configuraciones bsicas de electrodos: Tres electrodosCuatro ElectrodosConfiguracin de cuatro electrodosSe inyecta corriente al terreno a travs de los electrodos de corriente externos y se mide la diferencia de potencial entre los electrodos de potencial internos.

Configuraciones de 4 Electrodos

Configuracin Schlumberger

Configuracin Wenner

Comparacin entre configuracionesVentajas Wenner:

La interpretacin de los valores de R medidos en terreno ms directa.Permite visualizar con facilidad la tendencia del grfico de campo.

Los instrumentos pueden ser de menor sensibilidad que los empleados con la configuracin de Schlumberger.Ventajas Schlumberger

Menos sensible a las variaciones laterales del terreno. Debido a que los electrodos de potencial permanecen inmviles.

La realizacin prctica de la medicin es ms expedita, slo se desplazan los electrodos de corrienteSondeo Elctrico Vertical.Finalidad: determinacin del nmero de capas del subsuelo, espesor y resistividad elctrica de las mismas.Configuracin Schlumberger: Centro y el eje de medicin se mantienen fijos mientras se aumenta la separacin entre electrodos. Configuracin Schlumberger: se mueven solamente los electrodos de corriente.Con los valores de potencial y corriente medidos y la expresin correspondiente a la configuracin utilizada, se grafica una curva de resistividad aparente en funcin de la separacin de los electrodos. L = (n + ) s, para la configuracin de Schlumberger. Forma de estas curvas nmero de capas, espesor y resistividad de cada capa.

Ejemplo:

Interpretacin de las curvas de resistividadSistema de 2 capas:1 > 2 1 < 2Sistema de 3 capas:

En un sistema de 3 capas existen 6 tipos de combinaciones relativas de resistividades que se acostumbra agrupar en 4 tipos

Mtodo de Curvas PatrnEl problema de calcular tericamente la curva de sondeo elctrico con una configuracin de electrodos determinada, est resuelto y existen numerosas curvas tericas de resistividad llamadas "Curvas Patrn.

El problema inverso, que es el que nos preocupa, se plantea: dada una curva de sondeo elctrico vertical obtenida mediante medidas de campo, deducir y conocer la estructura geoelctrica que la ha producido. No tiene Solucin nica

En la prctica, se compara la curva de campo con las curvas de resistividad aparente patrn.

Si se obtiene un calce se supone que la estructura del terreno es idntica a la terica.

Mtodo de Curvas Patrn

Mtodo de Curvas Patrn

Mtodo de Curvas PatrnLas curvas se construyen en papel bi-logartmico y estn normalizadas, con el objeto de independizarse de las unidades y magnitudes de la medicin, interesando slo la forma de ella. La curva de terreno debe hacerse por lo tanto igualmente en papel bi-logartmico, de la misma dimensin por dcada que el de las curvas patrn a emplear y transparente para facilitar la comparacin.

La experiencia demuestra que los resultados conseguidos con este mtodo son satisfactorios.

Mayor uso: curvas de Orellana y Mooney Curvas se presentan en forma computacional

Se efecta ajuste por pantalla, ingresando la curva de terreno, o bien proceder a un ajuste automtico de los datos de terreno por algn mtodo de adaptacin de curvas.

Otros mtodo: Interpretacin por Computador.

Resultados generados por el programa IPI2WINhttp://geophys.geol.msu.ru/ipi2win.htmREFERENCIAShttp://www.slideshare.net/wlopezalmarza/geologia-aplicada-informe-geologico-parte-ii

Medicin de la Resistividad del Suelo hasta Profundidades de 200 Metros con la Finalidad de Llegar a Nivel Fretico; Universidad Metropolitana; Claudio Norma Elisio; Caracas, Marzo 2006