Ciencias de la tierra

Ingeniería en Geociencias

Métodos Eléctricos 1

ING. Miguel Martínez Flores

4523B

15:00-16:00

L-M-X-J

Unidad 4

Prácticas de Campo sobre el Método del Potencial Espontaneo

Equipo: Electromorfos

Coronado González Amado

Del Ángel Hernández Víctor Manuel

Gameros Chávez Javier

Hernández Goitortua Rebeca Carolinny

Rendón Ramírez Salvador Domingo

Reyes Gámez Antonio de Jesús

Ciudad Madero, Tamaulipas a 08 de Diciembre de 2015

Introducción

Geofísica

La geofísica es una ciencia derivada de la geología que trata del estudio de las propiedades físicas de la Tierra. Comprende aspectos como la investigación de la composición interna del planeta, el flujo de calor proveniente del interior de la Tierra, la fuerza de la gravedad que forma el

campo gravitacional, la fuerza magnética de atracción, ejercida por un magneto ideal en el interior de la Tierra que crea el campo geomagnético, y la propagación de las ondas sísmicas a través de las rocas de la corteza terrestre.

La geofísica contribuye a una ubicación adecuada de obras civiles y en la prevención de desastres naturales, asimismo permite optimizar procesos de exploración y extracción de minerales, agua y energía.

La geofísica aplicada nació de la necesidad de resolver problemas asociados a la detección de yacimientos de hidrocarburos y minerales del subsuelo. Conforme se fue desarrollando el arte del estado sólido de la electrónica y creciendo los conocimientos en las diferentes técnicas de prospección, se empleó en agua subterránea, estudio del interior de la Tierra y finalmente contribuyendo de manera substancial la ingeniería civil a través de ayudar en el reconocimiento y solución de problemas relacionados con la construcción de presas, carreteras, túneles, etc, así como en distritos de suelos y rocas que presentaban algún riesgo potencial para las obras.

Los métodos geofísicos más empleados son los sísmicos, los eléctricos en

corriente continua y el georadar GPR aunque puntualmente pueden emplearse

otros como los potenciales eléctricos y electromagnéticos.

Las principales aplicaciones son:

Conocimiento geológico: Contacto entre materiales, profundidad y espesor de

capas, localización de fallas y fracturas, definición de buzamientos y zonas de

alteración,…

Grados de excavabilidad y ripabilidad de materiales.

Definición de módulos elásticos de los materiales (Poisson, Young, Cizalla,…).

Localización de huecos, galerías, cuevas o servicios enterrados (canalizaciones,

tuberías).

Auscultación de túneles y estudios de estructuras enterradas.

Estudios de resistividad eléctrica para red de tomas de tierra y abrasividad de

materiales.

Localización y definición de zonas de disolución y zonas kársticas.

Localización de zonas de filtración.

Métodos Eléctricos

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 las técnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotécnico.

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

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

Los métodos eléctricos se basan en tres fenómenos y propiedades asociadas con rocas

1. La resistividad o es decir el reciproco de la conductividad : Determina la 'cantidad' de la corriente, que pasa por una roca al aplicar una diferencia potencial específica.

2. La actividad electroquímica causada por los electrolitos, que circulan en el subsuelo: Es la base para los métodos magnéticos, de potencial propio y de polarización inducida.

3. La constante dieléctrica indica la capacidad de material rocoso de guardar carga eléctrica y determina parcialmente la repuesta de formaciones rocosas a las corrientes alternas de alta frecuencia introducida en la tierra a través de los métodos inductivos o conductivos.

Método del Potencial Espontaneo

Los depósitos minerales a menudo se encuentran en distintos niveles freáticos (de acuíferos respectivamente), especialmente si se extienden desde niveles cercanos de la superficie terrestre hasta profundidades mayores. Debido a la alta conductividad de algunos depósitos minerales se genera en ellos un elemento eléctrico, cuyo efecto se puede registrar en la superficie terrestre en forma de una diferencia de potencial.

El potencial se mide entre dos electrodos de potencial. Uno de ellos se instala en forma fija afuera del área perturbada (matemáticamente se lo coloca en el infinito). Con el otro electrodo se establece una red de estaciones de observación dentro del área perturbada. Los valores medidos se presentan en un mapa de líneas equipotenciales.

Existen dos clasificaciones para el potencial espontaneo, la primera es el potencial de fondo, y el segundo es el de Mineralización. El potencial de interés en geohidrología e ingeniería civil es el de Fondo, pues es un indicador de la presencia de agua o agentes contaminantes en el subsuelo.

Los principales mecanismos que originan potenciales de fondo son:

Contacto entre electrolitos de diferente densidad Actividad bioeléctrica Potenciales de difusión. Se presentan cuando en los poros y fracturas

entran en contacto electrolitos diferentes, o un mismo electrolito pero con una diferencia en su concentración. Un ejemplo claro de este potencial es el observado en los registros eléctricos de pozos

Electrofiltración. Conrad Schlumberger lo llamó Electrofiltración, y es el campo e eléctrico producido por el ascenso de electrolitos en los poros del suelo y rocas. Las soluciones son las que pueden corroer en campo las estructuras de concreto y acero; principalmente se presentan en las zonas costeras

Potenciales variables con el tiempo y la temperatura

Los potenciales de mineralización son de gran interés en la minería, y siempre son de signo negativos; demarcan la zona donde se encuentran sulfuros diseminados, diques mineralizados, halos de alteración, etc. El equipo para los levantamientos de potencial natural consiste en un potenciómetro de alta impedancia de entrada, cables, electrodos impolarizables.

Procedimiento de campo

Existen dos técnicas para las mediciones del potencial natural: una es la de los potenciales, y la otra la de gradientes.

El Método de Potenciales consiste en evaluar directamente la diferencia de potencial en estaciones respecto a un punto de referencia y realizar la configuración.

El Método de Gradientes mide la diferencia de potencial sucesivamente entre dos estacas contiguas al perfil; siempre se debe conservar la posición de los electrodos con objeto de evitar errores por cambios de signo al tomar la referencia de electrodo, y no por alguna anomalía de campo.

Equipo requerido

El equipo básico requerido es bastante sencillo y consta de:

Un par de electrodos de cobre 40 mts. de cable eléctrico de cobre del N-. 14 Un multímetro Lijas Una pala espada Cinta métrica Pinzas de corte y/o punta Martillo Cuaderno Lápiz o pluma

Metodología

En este método en el que solo se precisan también 2 electrodos, se basa en colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente hayamos definido (electrodo A y B). En el momento de realizar las medidas iremos a una de estas estaciones, colocaremos un electrodo (será el B) y mediremos el potencial con respecto al electrodo A, que estará situado siempre en una misma base(denominada base de referencia), a la que le daremos un valor estimado de cero. Es así como se ira realizando las mediciones con los valores que uno desea determinar.

El punto base de esta referencia será fundamental para obtener unos resultados buenos, es así como se irán desplazando de acuerdo a los puntos o distancias que uno desea recorrer. Por ejemplo las mediciones pueden ser de 1m, 1 ½ m, 2m, etc. de acuerdo al terreno que está localizado.

Antes de la práctica…

Antes de comenzar la práctica primeramente nos dirigiremos a trazar los límites del área que deseamos muestrear, ya establecidos nuestros límites, proseguiremos a realizar pequeños pozos de una profundidad no mayor a 15 cm y una distancia aproximada de 1m. Esto será con la finalidad de que al momento de introducir nuestro electrodo de cobre al terreno, este no contenga algún tipo de materia orgánica u otro factor que nos produzcan errores en nuestras mediciones.Antes de iniciar la práctica, primeramente debemos lijar los electrodos de cobre, esto para generar un mejor flujo eléctrico entre nuestro electrón y nuestro cable. El cable de cobre debe estar unido fijamente a nuestro electrodo A y el otro extremo deberá de estar unido a nuestro multimentro.

Ya establecidos estos puntos proseguiremos a iniciar nuestras mediciones.

Practica 1

Croquis del área de trabajo

Localidad: Ciudad Madero, TamaulipasLugar: Instituto Tecnológico de Ciudad Madero. Área de canchasCoordenadas: 22.256798 N, -97.848587W

Procedimiento

1. Se midió el terreno y se fijaron los límites de nuestra área de trabajo

2. Se comenzó a retirar la capa orgánica del punto donde estaría situado nuestro electrodo A y después se introdujo el electrodo A en ese punto.

3. Se prosiguió a realizar el trazado de una línea perpendicular en el terreno y se fijaron puntos a 1 metro de distancia uno del otro. Cada línea trazada constaba de 24 puntos. Se trazaron 10 líneas.

4. A continuación se comenzó a retirar la capa vegetal y orgánica de cada uno de los 24 puntos establecidos de cada línea.

5. Ya realizados los puntos anteriores, comienza la etapa de medición, esto se realiza introduciendo el electrodo B a cada uno de los puntos trazados y tomando la lectura que arrojaba el multímetro.

Resultados de la práctica

X Y Z0 0 0.020 1 0.010 2 0.020 3 0.060 4 0.04

*0 5 0.040 6 0.040 7 0.060 8 0.060 9 0.050 10 0.040 11 0.030 12 0.030 13 0.040 14 0.030 15 0.050 16 0.040 17 0.040 18 0.060 19 0.060 20 0.040 21 0.060 22 0.050 23 0.040 24 0.041 0 0.031 1 0.061 2 0.041 3 0.031 4 0.051 5 0.051 6 0.041 7 0.041 8 0.051 9 0.061 10 0.051 11 0.04

*1 12 0.031 13 0.051 14 0.07

*1 15 0.041 16 0.041 17 0.04

1 18 0.031 19 0.041 20 0.051 21 0.051 22 0.041 23 0.051 24 0.032 0 0.052 1 0.062 2 0.052 3 0.062 4 0.062 5 0.052 6 0.042 7 0.062 8 0.072 9 0.052 10 0.06

*2 11 0.042 12 0.082 13 0.062 14 0.052 15 0.062 16 0.042 17 0.05

*2 18 0.062 19 0.062 20 0.062 21 0.052 22 0.052 23 0.052 24 0.053 0 0.043 1 0.073 2 0.07

*3 3 0.063 4 0.083 5 0.073 6 0.06

*3 7 0.073 8 0.073 9 0.053 10 0.063 11 0.06

3 12 0.073 13 0.063 14 0.073 15 0.063 16 0.063 17 0.073 18 0.073 19 0.07

*3 20 0.073 21 0.06

*3 22 0.063 23 0.053 24 0.05

*4 0 0.044 1 0.064 2 0.074 3 0.114 4 0.084 5 0.064 6 0.074 7 0.074 8 0.074 9 0.074 10 0.074 11 0.064 12 0.074 13 0.064 14 0.064 15 0.064 16 0.07

*4 17 0.07*4 18 0.07

4 19 0.094 20 0.08

*4 21 0.084 22 0.074 23 0.084 24 0.075 0 0.075 1 0.115 2 0.12

*5 3 0.125 4 0.125 5 0.09

5 6 0.09*5 7 0.08

5 8 0.085 9 0.085 10 0.09

*5 11 0.065 12 0.075 13 0.085 14 0.07

*5 15 0.085 16 0.085 17 0.08

*5 18 0.085 19 0.075 20 0.065 21 0.11

*5 22 0.085 23 0.085 24 0.086 0 0.16 1 0.136 2 0.12

*6 3 0.16 4 0.096 5 0.076 6 0.086 7 0.08

*6 8 0.076 9 0.076 10 0.066 11 0.066 12 0.056 13 0.056 14 0.076 15 0.076 16 0.086 17 0.076 18 0.08

*6 19 0.076 20 0.086 21 0.076 22 0.076 23 0.07

*6 24 0.06

7 0 0.087 1 0.157 2 0.167 3 0.127 4 0.117 5 0.127 6 0.17 7 0.17 8 0.117 9 0.09

*7 10 0.067 11 0.087 12 0.09

*7 13 0.1*7 14 0.09*7 15 0.1

7 16 0.08*7 17 0.09

7 18 0.1

7 19 0.1*7 20 0.09

7 21 0.1*7 22 0.08*7 23 0.09

8 24 0.098 0 0.12

*8 1 0.118 2 0.118 3 0.098 4 0.18 5 0.088 6 0.078 7 0.098 8 0.078 9 0.088 10 0.07

*8 11 0.068 12 0.08

8 13 0.1*8 14 0.09*8 15 0.09

8 16 0.078 17 0.088 18 0.078 19 0.07

*8 20 0.068 21 0.078 22 0.088 23 0.078 24 0.099 0 0.129 1 0.099 2 0.099 3 0.08

*9 4 0.079 5 0.099 6 0.07

9 7 0.19 8 0.099 9 0.1

*9 10 0.089 11 0.1

*9 12 0.099 13 0.099 14 0.19 15 0.08

*9 16 0.089 17 0.089 18 0.099 19 0.099 20 0.19 21 0.129 22 0.119 3 0.19 24 0.11

* No se pudo introducir por completo debido a alguna obstrucción.

0 2 4 6 80

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0 2 4 6 80

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Practica 2Croquis del área de trabajo

Localidad: Ciudad Madero, TamaulipasLugar: Instituto Tecnológico de Ciudad Madero. Área de canchasCoordenadas: 22.257265N, -97.847709W

Procedimiento

1. Se midió el terreno y se fijaron los límites de nuestra área de trabajo

2. Se comenzó a retirar la capa orgánica del punto donde estaría situado nuestro electrodo A y después se introdujo el electrodo A en ese punto.

3. Posteriormente se trazaron dos líneas perpendiculares entre si y se fijaron puntos a 1 metro de distancia uno del otro. En total se realizaron 15 puntos por línea para tener un total de 30 puntos.

4. A continuación se comenzó a retirar la capa vegetal y orgánica de cada uno de los 30 puntos establecidos.

5. Ya realizados los puntos anteriores, comienza la etapa de medición, esto se realiza introduciendo el electrodo B a cada uno de los puntos trazados tomando dos puntos de referencia y la lectura que arrojaba el multímetro.

Prácticamente el método utilizado fue el mismo de la práctica anterior, sólo que ahora tomamos las mediciones respecto a dos puntos de referencia, primero uno y después el otro.

Resultados de la práctica

* No pudo entrar bien la varilla debido a alguna obstrucción

0 2 4 6 8 10 12 140

2

4

6

8

10

12

14

X Y Z0 1 0.021 0 0.020 2 0.032 0 0.020 3 0.02

*3 0 0.02 0 4 0.03

*4 0 0.050 5 0.025 0 0.030 6 0.02

*6 0 0.02*0 7 0.09

7 0 0.03*0 8 0.02*8 0 0.04

0 9 0.029 0 0.030 10 0.04

10 0 0.050 11 0.04

11 0 0.030 12 0.03

*12 0 0.080 13 0.04

13 0 0.040 14 0.05

14 0 0.080 15 0.04

15 0 0.04

0 2 4 6 8 10 12 140

2

4

6

8

10

12

14

Practica 3

Croquis del área de trabajo

Localidad: Ciudad Madero, TamaulipasLugar: Instituto Tecnológico de Ciudad Madero. Área de canchas de basquetbol Coordenadas: 22°15'29.1"N 97°50'47.6"W

Procedimiento

1. Marcar un punto de referencia

2. Clavar el electrodo y conectar el cable al multímetro

3. Colocar el segundo electrodo en el primer punto y tomar la medición correspondiente

4. Así para los demás puntos tomando en cuenta que deben estar libre de vegetación.

Resultados de la práctica

X Y Z0 0 -0.020 1 -0.040 2 -0.020 3 0.030 4 -0.020 5 0.020 6 0.030 7 0.020 8 0.030 9 0.020 10 0.070 11 -0.02

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

-0.1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

-0.1

Conclusión

Al realizar esta práctica nos percatamos de lo fácil y sencillo que es el método del Potencial Espontaneo y el gradiente, en el cual lo definimos como un método pasivo que mide las diferencias del potencial espontaneo que existe en la tierra y es medido entre dos puntos distantes con ayuda de un multímetro. Al llevar a cabo esta práctica podemos encontrar distorsiones en los datos, esto debido a los ruidos que pueden ser originados por tuberías, aguas subterráneas o presencia de algún cable o alambre que este bajo la tierra. Con ayuda de un software podemos eliminar estos ruidos y así tener una mejor interpretación del terreno en el cual nos encontremos trabajando. Esta práctica nos fue útil para ver de manera práctica como aplicar el método del potencial espontaneo, ya que en nuestra carrera la comprensión de este método es de mucha importancia. También nos sirve para futuras prácticas semejantes a esta y que para entonces se nos facilite la realización de la misma.

Evidencias.

Bibliografías

Geofísicahttp://www.sgm.gob.mx/index.php?option=com_content&task=view&id=82&Itemid=83

http://www.gama-geofisica.com/web14/code/htmldocs/es/aplicaciones-geofisicas.html

Métodos eléctricoshttp://www.geovirtual2.cl/EXPLORAC/TEXT/070elect.htm

https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todos_el%C3%A9ctricos

Métodos del potencial espontaneohttps://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/6231/08.pdf?sequence=9&isAllowed=y

http://www.geovirtual2.cl/EXPLORAC/TEXT/070elect.htm

http://imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt229.pdf