CARTULA

SONDAJES ELCTRICOS VERTICALESCONTENIDOHISTORIAFUNDAMENTOS FSICOSCONCEPTOS PREVIOSSEV-TEORACORTES GEOELCTRICOSDISPOSITIVOSAPLICACIONES Y SOFTWAREPRECAUCIONESCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESBIBLIOGRAFAHISTORIAEl mtodo de Sondeo Elctrico Vertical tiene su origen en la dcada del ao 1920 debido al trabajo de los hermanos Schlumberger. Por casi 60 aos, las interpretaciones cuantitativas se realizaron usando este mtodo en conjunto con los algoritmos de Koefoed (Koefoed, 1979) y una gran variedad de bacos publicados por una serie de investigadores como el de Orellana-Mooney y otros (Orellana, 1972).FUNDAMENTOS FSICOSCarga elctrica - campo elctricoUna carga elctrica (positiva o negativa) genera a su alrededor un campo elctrico que atrae a otras cargas de signo contrario y repele a las cargas de su mismo signo. La fuerza con que el campo atrae o repele una carga unitaria se denomina intensidad de campo.

Si existen varias cargas elctricas, la fuerza con que una carga es atrada o repelida se obtendr sumando los vectores debido a cada uno de los campos existentes.La unidad de carga elctrica es el colombio

POTENCIAL ELECTRICOEl potencial de un punto elctrico en un punto es el trabajo que realiza el campo para repeler una carga de 1 culombio hasta el infinito (o el que tendramos que realizar para llevarla desde el infinito hasta ese punto contra las fuerzas del campo).

Diferencia de potencialLa diferencia de potencial entre dos puntos de un campo elctrico es el trabajo que hay que realizar para mover una carga de 1 culombio de un punto a otro contra las fuerzas del campo (o el trabajo que hace el campo para mover una carga de un punto a otro).Unidad : voltioSuperficies equipotencialesSon el lugar geomtrico de los puntos que tienen el mismo potencial. Aunque se trata de superficies tridimensionales, cuando hacemos una representacin en un papel (simplificamos la realidad tridimensional a las dos dimensiones del dibujo), la traza de la superficie equipotencial sobre el papel es lo que llamamos lnea equipotencial.

Flujo elctrico: Intensidad Si existen cargas elctricas libres en un campo elctrico, se movern empujadas por las fuerzas del campo. La medida de este flujo de cargas elctricas es la intensidad.Unidad: amperio, se dice que por una seccin esta circulando una intensidad de un amperio cuando esta pasando un culombio por segundo.Resistividad Propiedad de ciertos materiales de oponerse al paso de la corriente elctrica.Su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es Ohm.m.

[Ohm] [m2][m]= [Ohm-m]en donde R es la resistencia en ohms, Ala seccin transversal en m yL3la longitud en m. Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente elctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicar que es un buen conductor.

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Aguas subterrneas en granito 20-100Aguas subterrneas en caliza 20-50Aguas salobres 1-10Aguas potables superficiales 20-300Agua del mar menor de 0,2Agua destilada mayor de 500Arcillas y margas 10-100Calizas y areniscas 50-3.000Pizarras 50-300Rocas metamrficas 100-10.000Gravas 100-10.000Arenas 130-1.000Limos 30-500 MATERIALRESISTIVIDAD (ohm_m) RESISTIVIDAD ELCTRICA DE LOS MATERIALES

Siemens/mSe denomina as a la facilidad de la corriente elctrica de fluir a travs de ciertos materiales.Su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es el Siemens/metroFsicamente es la inversa de la resistividad.ConductividadCONDUCTIVIDADELECTRONICA O METALICA IONICA O ELECTROLITICA La poseen ciertos minerales que conducen la electricidad como los llamados metlicos y que se verifica por el trasporte de electrones. Ejm pirita, galena, sulfuro de cobre, magnetita etc. Esta conductividad puede desaparecer en estos minerales por la interposicin de una ganga aislante como el cuarzo, pues impide la comunicacin directa entre los cristales del mineral.Se refiere a minerales y rocas aislantes en estado de sequedad como las arenas cuarzosas o las areniscas, pero que conducen la corriente merced al agua que contienen, en este caso existen transporte de iones al paso de corriente y la conductividad es funcin de la cantidad de agua que contiene y la cantidad de sales ionizadas disueltas en ella Ley de OhmExperimentalmente se demuestra que la intensidad de corriente que atraviesa un cuerpo por unidad de seccin es linealmente proporcional al gradiente del potencial, por tanto, para una seccin cualquiera, ser:

Donde la constante de proporcionalidad, C, es la Conductividad del material

Por otra parte, la Resistencia (R) que opone un cuerpo al paso de la corriente elctrica es directamente a la longitud e inversamente proporcional a la seccin. La constante de proporcionalidad lineal p (ro) es la resistividad, un parmetro caracterstico de cada material.

Como la Conductividad (C) es inversa a la Resistividad (p):

Despejando C en (3) y sustituyendo su valor en (1) obtenemos:

Resistividad aparenteSupongamos que introducimos una corriente de intensidad I en el suelo en un punto A, y mediante la ley de Ohm calculamos la resistencia R, que opone al paso de esa corriente un casquete (semiesfrico) de radio r y espesor dr. Aplicando (2):

Para introducir esa corriente, debe existir otro electrodo B, por lo cual el potencial generado en el punto M ser igual al producido por A menos el producido por B. Aplicando dos veces la expresin anterior y restando, obtenemos el potencial en el punto M

Pero en la prctica no medimos el potencial en un punto (para eso habra que situar uno de los polos del voltmetro en el infinito), sino que medimos la diferencia de potencia entre dos puntos M y N. Aplicando la siguiente expresin al punto N resulta:

Por lo tanto la diferencia de potencial entre M y N ser:

Despejando la resistividad

Simplificando, y llamando K a la segunda fraccin, resulta la formula que se utiliza en el campo en cada medida:

La constante K se denomina coeficiente geomtrico del dispositivo, porque depende solamente de la distancia entre los cuatro electrodos.

CONCEPTOS PREVIOSRESISTIVIDAD La resistividad es la propiedad de los materiales para oponerse al paso de la corriente elctrica.Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente elctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicar que es un buen conductor.CONDUCTIVIDADSe le considera como la facilidad que tiene el paso de la corriente elctrica en un material determinado, por lo tanto es inversa a la resistividad.La conductividad depende de la estructura atmica y molecular del material. Losmetalesson buenos conductores porque tienen una estructura con muchoselectronescon vnculos dbiles, y esto permite su movimiento. La conductividad tambin depende de otros factores fsicos del propio material, y de latemperatura.

De qu depende la Resistividad?

DONDE:

F: Factor de formacinV: Volumen relativo de huecosw: Resistividad del agua contenida en la rocaFs: Factor de saturacin26CONDUCTIVIDADELECTRNICAINICAMETALESSEMICONDUCTORESELECTROLITOS SLIDOSELECTROLITOS LQUIDOSISOTROPADefinimos la isotropa como la propiedad que presentan algunos cuerpos, de que una magnitud fsica (en este caso la conductividad) sea la misma en cualquier direccin, esto es debido a que el esqueleto mineral esta desordenado.ISOTROPA

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1

2

3==ANISOTROPADefinimos la anisotropa como la propiedad fsica que presentan algunos cuerpos donde una magnitud fsica vara con la direccin que se considere dentro del cuerpo, esto debido a que el esqueleto mineral esta ordenado.ANISOTROPA

1

2

1

2=SONDAJE ELCTRICO VERTICAL - TEORADEFINICIN Y GENERALIDADESSe llama Sondeo Elctrico Vertical a una serie de determinaciones de resistividad aparente, efectuadas con el mismo tipo de dispositivo y separacin creciente entre los electrodos de emisin y recepcin.El dispositivo empleado es simtrico, o asimtrico con un electrodo en el infinito, y durante la medicin permanecen fijos el azimut del dispositivo y el centro del segmento MN.Los datos de resistividad aparente obtenidos en cada SEV se representan por medio de una curva, en funcin de las distancias entre electrodos. Para ello es necesario que estas distancias puedan expresarse en una sola variable, pues de lo contrario habra que recurrir a una superficie y no a una curva. Esta condicin puede cumplirse de dos modos:Dispositivo Wenner

Por la utilizacin de un dispositivo en que la configuracin de electrodos permanezca siempre geomtricamente semejante a s misma, que es el caso del dispositivo Wenner.Dispositivo SchlumbergerPor la utilizacin de dispositivos en los que influya una distancia, como el dispositivo Schlumberger.

La finalidad del SEV es averiguar la distribucin vertical de resistividades bajo el punto sondeado. La mayor eficacia de los SEVs corresponde a terrenos de capas lateralmente homogneas respecto a la resistividad y limitadas por planos paralelos a la superficie.Los resultados tericos obtenidos son tolerablemente vlidos para estratos de hasta 30 de buzamiento.CMO SE DELIMITA LA ZONA EXPLORADA POR CADA SEV?PENETRACINProfundidad a la que una capa delgada de terreno contribuye con participacin mxima a la seal total medida en la superficie de terreno. Evjen (1938)Definicin que se adapta a medios homogneos, y no es aplicable a medios reales. Pudiendo ocurrir incluso que la penetracin de un SEV no crezca con la distancia AB, desde un cierto valor de sta.Efectos lateralesLas resistividades aparentes medidas por un SEV no dependen nicamente de las resistividades verdaderas presentadas por aquellas zonas del subsuelo que se encuentran bajo el segmento AB.Si consideramos un subsuelo compuesto por dos partes de diferente resistividad y cuya frontera es un plano vertical.A x

M .

O -

N .

B x

12Las lneas de corriente que unen A y B sufrirn refraccin al pasar del medio 1 al 2 y lo mismo ocurrir a las lneas equipotenciales. Por lo tanto la diferencia de potencial entre M y N se ver afectada por la presencia del medio 2 y este efecto se har ms marcado cuanto mayor sea la distancia AB con respecto a la distancia de O al plano de separacin de los medios.Por lo tanto las resistividades aparentes determinadas por un SEV estn influidas por la distribucin de resistividades en un cierto volumen de terreno.Por lo tanto no resulta claro el punto de atribucin, que es el punto del terreno a cuya vertical deben atribuirse los resultados obtenidos por el SEV y por razones de simetra se toma como punto de atribucin el centro O del dipolo MN, sin olvidar que la medicin est influida por un volumen de terreno, aunque en el SEV es predominante el efecto de las formaciones situadas bajo el centro O.

CORTES GEOELCTRICOSCortes geoelctricos. NomenclaturaUn SEV puede realizarse sobre cualquier combinacin de formaciones geolgicas, pero para que la curva de resistividad aparente obtenida sea interpretable, el subsuelo debe estar formado por capas horizontales y homogneas. Bastar entonces dar el espesor y la resistividad aparente de cada medio parcial para caracterizar el medio estratificado, cuyos medios parciales sern denominados capas geoelctricas.Siendo as un corte geoelctrico la especificacin de espesores y resistividades de cada medio estratificado. Un corte geoelctrico de n capas, requiere para su especificacin el conocimiento de n resistividades y n-1 espesores o profundidades(puesto que la ltima capa denominada sustrato, tiene siempre profundidad infinita) o sea en total 2n-1 parmetros.Los cortes geoelctricos pueden clasificarse atendiendo al nmero de capas que los componen. Para el uso de esta clasificacin, es muy conveniente establecer un sistema de notacin. Emplearemos aqu la seguida por los autores soviticos, cuyo origen exacto se desconoce y que ha sido introducida hace pocos aos en Occidente(Orellana, 1965; Orellana y Mooney, 1966; Bhattacharya y Patra, 1968, y otros).Los smbolos de esta notacin son los siguientes:a)Los cortes de dos capas, de los cuales existen dos tipos(1< 2 y 1> 2) no llevan smbolo especial.

Suponiendo un corte geoelctrico de 2 capas con:1= 100 .m2= 20 .m

Posibles curvas de resistividad aparente que obtendramos sobre dos capas, siendo 1= 100 .m y E1=3 metrosSi el espesor de la primera capa es mayor, la curva comenzar a bajar ms tarde, es decir, ser necesario abrir ms los electrodos AB, para que la corriente comience a circular por la segunda capa.

Variacin de la curva con el espesor de la primera capa.

b)Las letras latinas H,K,Q,A, representan respectivamente los cuatro tipos posibles de para cortes geoelctricos de tres capas, que son: 1. Tipo H: 1> 2 < 3 2. Tipo K: 1 < 2 > 3 3. Tipo Q: 1 > 2 > 3 4. Tipo A: 1 < 2 < 3

Cuando la curva est bajando de 100 hacia 20, en algn momento comenzar a subir hacia 600. Esto ser debido a que cuando el flujo elctrico circule a suficiente profundidad, una parte comenzar a atravesar la formacin ms profunda de 600 .m, por lo que el valor medio que calculamos en superficie debe aumentar.

Suponiendo un corte de tres capas con:1= 100 .m2= 20 .m3= 600 .m

Variacin de la curva con el espesor de la segunda capa.

c) Los cortes de cuatro capas se distribuyen en 8 grupos, que se designan como combinacin de los anteriores; para ello se consideran las tres primeras capas y se les asigna la letra correspondiente de la lista anterior, luego se hace lo propio con las tres ltimas capas. As el tipo AA corresponde a la combinacin de resistividades 1 < 2 < 3 < 4 y el HK a 1 > 2 < 3 > 4. Solo son posibles los tipos siguientes:HK, HA, KH, KQQQ, QH, AK, AALos tipos KK, HH, HQ, etc., carecen de sentido, pues implican condiciones contradictorias.d) Los cortes de cinco a ms capas se simbolizan siguiendo el mismo mtodo. Se consideran en primer lugar las tres primeras capas, y se les asigna la letra correspondiente indicada en el prrafo b); luego se hace lo mismo con las capas segunda, tercera y cuarta, despus con las tercera, cuarta y quinta, etc.Suponiendo un corte de cinco capas con:1= 145 .m2= 38 .m3= 260 .m2= 65 .m3= 30 .m

Corte geoelctrico del tipo HKQEn resumen

INTRODUCCIN A DISPOSITIVOSGeologa, Anomala y ResistividadLas investigaciones de resistividad dan una imagen de resistividad del subsuelo. Para convertir esa imagen en una estructura geolgica, es necesario conocer los diferentes tipos de materiales que constituyen el subsuelo.Rocas gneas y metamrficas tienen altos valores de resistividad. La resistividad de estas rocas depende mucho del grado de fracturacin que posee, y del porcentaje de agua que rellena las fracturas del terreno.

Las rocas sedimentarias comnmente son mas porosas y tienen un alto contenido de agua, lo que normalmente hace disminuir los valores de resistividad.La resistividad del agua del terreno varia desde 10 a 100 ohm.m dependiendo de la concentracin de sales disueltas.

Tipos de Modelos a InterpretarSe destaca que normalmente los sondeos de resistividad 1D involucran entre 10 a 20 lecturas, mientras que un sondeo 2D involucra entre 100 a 1000 medidas, e comparacion con sondeos 3D que pueden involucrar varios miles de medidas.Sondeo 1D:Para interpretar los datos del sondeo 1D, se presume normalmente que el subsuelo consiste de capas horizontales homogneas e istropas. Para estos casos, la resistividad del subsuelo cambia con la profundidad, pero no cambia en la direccin.Sondeo 1D:Para interpretar los datos del sondeo 1D, se presume normalmente que el subsuelo consiste de capas horizontales homogneas e istropas. Para estos casos, la resistividad del subsuelo cambia con la profundidad, pero no cambia en la direccin.Modelo unidimensional es aproximadamente verdadero por ejemplo en la determinacin de agua subterrnea.

Sondeo 2D:Un modelo mas preciso del subsuelo es un modelo bidimensional (2D) donde la resistividad cambia tanto en la direccin vertical como en la direccin horizontal a lo largo de la lnea del relativo.Los sondeos 2D son los mas prcticos teniendo en cuenta la relacin entre los costos y los resultados.

Sondeo 3D:Primeramente todas las estructuras geolgicas son tridimensionales, un relevamiento tridimensional de resistividad generara un modelo de interpretacin tridimensional 3D, lo que debera, en teora, dar resultados mas precisos.La desventaja principal de este tipo de relevamiento es el costo, el cual es comparativamente mas alto que 2D, donde las reas a investigar son suficientemente mas altos que 2D, donde las reas a investigar son suficientemente grandes.

La eleccin de la mejor configuracin para un sondeo de campo depende del tipo de estructura a ser estudiada, la sensibilidad del resistivimetro y el nivel de ruido de fondo de la zona de estudio.

DISPOSITIVOSAl inyectar corriente al subsuelo, este valor de resistencia es transformado a un valor de resistividad aparente, a partir de una constante geomtrica (K) cuya expresin se da en la ecuacin:

El valor final de K para cada medicin, depender del dispositivo empleado y de la separacin de los electrodos, tanto de inyeccin de corriente (A, B) como de medicin del potencial (M, N).

El sondeo elctrico vertical, consiste en la utilizacin de cuatro electrodos geoelctricos (A, B, M, N); los cuales dependiendo de su ubicacin y distancia dan origen a los diversos dispositivos existentes.En estos sondeos, el centro del dispositivo de los electrodos (o) es fijo y el espaciamiento entre ellos va aumentando para obtener informacin a mayor profundidad.

La comparacin presentada, tiene como objetivo brindar criterios que orienten al investigador en la escogencia del dispositivo utilizado para la realizacin de los sondeos elctricos verticales, en funcin de las caractersticas propias de la prospeccin geoelctrica a realizar.

Dispositivos SEVDispositivo de Wenner (Alfa)Dispositivo de Wenner (Beta)Dispositivo de Wenner (Gamma)Dispositivo de Dipolo DipoloDispositivo de Polo PoloDispositivo de SchlumbergerDispositivo de Polo DipoloDispositivo de Dipolo Dipolo EcuatorialDispositivo de Wenner - SchlumbergerEl dispositivo WennerWenner, establece este mtodo de medicin de la resistividad del suelo considerando un sistema de cuatro electrodos alineados y simtricos con el punto de medicin. El coeficiente geomtrico se simplifica tal como lo expresa la ecuacin anterior.

Donde: a es la distancia entre los diferentes electrodos, as AM = MN = NB = a.

Una vez efectuada la medicin de la resistividad, es necesario desplazar los cuatro electrodos a una nueva separacin (equidistante para todos) con el fin de poder realizar la siguiente medicin.Barker, model la contribucin de la seal elctrica, evidenciando que este dispositivo en presencia de capas horizontales tiene muy buena resolucin vertical.

Por su parte, Reynolds estima que este dispositivo presenta: buena resolucin vertical, pobre profundidad de penetracin y una moderada conveniencia para la realizacin de sondeos elctricos verticales.

Dispositivos de Wenner alfa y betaLa Ilustracin muestra la disposicin de electrodos en los dispositivos Wenner a y b, donde m es un nmero real positivo (Roy, 1972). Un caso particular del dispositivo a-Wenner son los dispositivos Wenner (m = 1) y Schlumberger (m > 1.

Dispositivo de Wenner GammaLos 4 electrodos se presentan en una misma alineacin y AM = MB = BN. Solamente un electrodo de medida (M o N) es interior presentado los electrodos de ionizacin A y B.

El dispositivo SchlumbergerSchlumberger, pretenda que la distancia 2a que separa los electrodos M y N tienda a cero con el fin de medir el campo elctrico E [4].En este dispositivo, la relacin AB/MN se debe mantener lo ms grande posible, en la prctica se tiene que 4 AB/MN 20, y se cambia la lnea MN cuando la medida de la diferencia de potencial es muy pequea.El coeficiente geomtrico, en este caso se simplifica en la siguiente ecuacin:

El dispositivo Dipolo - DipoloLos dispositivos dipolares constituyen una familia caracterizada porque en ellos, los electrodos de corriente (A, B) estn lo suficientemente prximos entre s respecto a la distancia a que se miden sus efectos para que puedan considerarse como un dipolo. Existen dos dipolos, el AB de emisin y el MN de recepcin, cuya posicin mutua puede ser en principio cualquiera.

Para el dispositivo dipolo-dipolo el coeficiente geomtrico esta representado por la ecuacin:

Este dispositivo es usado por su gran profundidad de investigacin y porque la extensin de cable extendido sobre el terreno es relativamente reducida. Sin embargo presenta dos inconvenientes que hay que tomar en cuenta, ellos son: requiere de una fuente de corriente muy potente y la mayora de los resultados son influenciados por las variaciones laterales de facies.A partir de la modelizacin de contribucin de la seal, Barker considera que presenta una pobre resolucin vertical y es un dispositivo muy sensible a las variaciones laterales de resistividad [Barker], estas apreciaciones son compartidas por Reynolds aunque estima que este dispositivo es el que presenta la mayor profundidad de penetracin [Reynolds].El dispositivo Dipolo Dipolo EcuatorialNo obstante, existen ciertas configuraciones que son las ms empleadas en la prctica; como el dispositivo polar en el cual los cuatro electrodos son alineados y el dispositivo ecuatorial cuando los dos dipolos son paralelos.

Los dispositivos ecuatoriales requieren intensidades de corrientes mucho mayores que los lineales, por lo que son menos empleados. Solamente se los utiliza para la investigaciones geoelctricas profundas.

En si, en esta disposicion, AB y MN se ubican mucho mas cerca de la distancia que los separa entre si. En la practica, las configuraciones mas frecuentes son la Ecuatorial y la Axial

El dispositivo Polo - PoloEn este caso un electrodo de emisin de corriente y otro electrodo de potencial son ubicados lejos tanto entre ellos como de los otros dos electrodos.

En la prctica de campo, estos dos electrodos deben estar al infinito, considerndose al menos 10 veces la distancia a existente entre los otros dos electrodos de medicin [Telfor]; por ello, el nico trmino que interviene en el coeficiente geomtrico es 1/AM y el coeficiente geomtrico se simplifica en la ecuacin:

El dispositivo Wenner - SchlumbergerSe trata de una composicin simtrica de los electrodos AMNB dispuestos en lnea, donde la distancia de los electrodos detectores MN es mucho menor que la de los inyectores AB.

El dispositivo Polo - DipoloEl dispositivo empleado en este estudio se denomina Polo-Dipolo, teniendo la particularidad de que el electrodo B de medida se lleva a una distancia muy alejada de los otros tres (en teora, el infinito).

El factor geomtrico de este dispositivo es:

Si a