4.1.- Electricidad Terrestre La Tierra se comporta como un enorme imán. El físico y filósofo natural inglés William Gilbert fue el primero que señaló esta similitud en 1600, aunque los efectos del magnetismo terrestre se habían utilizado mucho antes en las brújulas primitivas. El magnetismo de la Tierra es el resultado de una dinámica, ya que su núcleo de hierro de la Tierra no es sólido. Por otra parte, en la superficie terrestre y en la atmósfera se generan diversas corrientes eléctricas producidas por diversas causas, además de un intercambio constante de electricidad entre el aire y la Tierra. La Tierra posee un poderoso campo magnético, como si el planeta tuviera un enorme imán en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geográfico y viceversa. Aunque los polos magnéticos terrestres reciben el nombre de polo norte magnético (próximo al polo norte geográfico) y polo sur magnético (próximo al polo sur geográfico), su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nombres. Las posiciones de los polos magnéticos no son constantes y muestran notables cambios de año en año. Cada 960 años, las variaciones en el campo magnético de la Tierra incluyen el cambio en la dirección del campo provocado por el desplazamiento de los polos. El campo magnético de la Tierra tiene tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razón de 19 a 24 km por año. La electricidad (del griego ήλεκτρονélektron, cuyo significado es ‘ámbar’) es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. La electricidad es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación. La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas: • Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos. • Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente por un material conductor; semideenamperios. • Campoeléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además las cargas en movimiento producen campos magnéticos. • Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo; se mide en voltios.
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41- Electricidad Terrestre La Tierra se comporta como un enorme imaacuten El fiacutesico y filoacutesofo natural ingleacutes William
Gilbert fue el primero que sentildealoacute esta similitud en 1600 aunque los efectos del
magnetismo terrestre se habiacutean utilizado mucho antes en las bruacutejulas primitivas
El magnetismo de la Tierra es el resultado de una dinaacutemica ya que su nuacutecleo de hierro
de la Tierra no es soacutelido
Por otra parte en la superficie terrestre y en la atmoacutesfera se generan diversas corrientes
eleacutectricas producidas por diversas causas ademaacutes de un intercambio constante de
electricidad entre el aire y la Tierra
La Tierra posee un poderoso campo magneacutetico como si el planeta tuviera un enorme
imaacuten en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geograacutefico y viceversa
Aunque los polos magneacuteticos terrestres reciben el nombre de polo norte magneacutetico
(proacuteximo al polo norte geograacutefico) y polo sur magneacutetico (proacuteximo al polo sur
geograacutefico) su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nombres Las posiciones
de los polos magneacuteticos no son constantes y muestran notables cambios de antildeo en antildeo
Cada 960 antildeos las variaciones en el campo magneacutetico de la Tierra incluyen el cambio
en la direccioacuten del campo provocado por el desplazamiento de los polos El campo
magneacutetico de la Tierra tiene tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razoacuten de 19 a 24
km por antildeo
La electricidad (del griego ήλεκτρονeacutelektron cuyo significado es lsquoaacutembarrsquo) es el conjunto
de fenoacutemenos fiacutesicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eleacutectricas Se
manifiesta en una gran variedad de fenoacutemenos como los rayos la electricidad estaacutetica
la induccioacuten electromagneacutetica o el flujo de corriente eleacutectrica La electricidad es una
forma de energiacutea tan versaacutetil que tiene un sinnuacutemero de aplicaciones por ejemplo
transporte climatizacioacuten iluminacioacuten y computacioacuten La electricidad se manifiesta
mediante varios fenoacutemenos y propiedades fiacutesicas bull Carga eleacutectrica una propiedad de
algunas partiacuteculas subatoacutemicas que determina su interaccioacuten electromagneacutetica La
materia eleacutectricamente cargada produce y es influida por los campos electromagneacuteticos
bull Corriente eleacutectrica un flujo o desplazamiento de partiacuteculas cargadas eleacutectricamente
por un material conductor semideenamperios bull Campoeleacutectrico un tipo de campo
electromagneacutetico producido por una carga eleacutectrica incluso cuando no se estaacute moviendo
El campo eleacutectrico produce una fuerza en toda otra carga menor cuanto mayor sea la
distancia que separa las dos cargas Ademaacutes las cargas en movimiento producen campos
magneacuteticos bull Potencial eleacutectrico es la capacidad que tiene un campo eleacutectrico de
realizar trabajo se mide en voltios
CAMPO MAGEacuteTICO TERRESTRE
El magnetismo de la Tierra es
el resultado de una dinaacutemica
ya que su nuacutecleo de hierro de la
Tierra no es soacutelido
Electricidad ahora siacute se puede
definir la misma como una
propiedad de caraacutecter fiacutesico que
se evidencia por medio de la
atraccioacuten o el rechazo que se
causan entre siacute los diversos
componentes que constituyen la
materia
La capacidad de producir
electricidad no solamente la tiene el hombre ya que la naturaleza la genera cuando
ocurre una tormenta en cuyo caso se manifiesta una importante transferencia de energiacutea
entre un aacuterea de la atmoacutesfera y la superficie terrestre fenoacutemeno que se hace evidente en
forme rayo
TERRESTRE Se utiliza el teacutermino lsquoterrestrersquo para calificar a todo objeto elemento
situacioacuten o fenoacutemeno que tenga que ver con el planeta Tierra
ELECTRICIDAD TERRESTRE
Electricidad terrestre Se conocen tres sistemas eleacutectricos generados por procesos
naturales Uno estaacute en la atmoacutesfera Otro estaacute dentro de la Tierra fluyendo paralelo a la
superficie y el tercero que traslada carga eleacutectrica entre la atmoacutesfera y la Tierra fluye
en vertical
La electricidad atmosfeacuterica excepto aquella que se asocia con cargas dentro de una nube
y ocasiona el relaacutempago es el resultado de la ionizacioacuten de la atmoacutesfera por la radiacioacuten
solar y a partir del movimiento de nubes de iones conducidas por mareas atmosfeacutericas
Las mareas atmosfeacutericas se producen por la atraccioacuten gravitacional del Sol y la Luna
sobre la atmoacutesfera de la Tierra (veacutease Gravitacioacuten) y al igual que las mareas oceaacutenicas
suben y bajan a diario
La ionizacioacuten y por consiguiente la conductividad eleacutectrica de la atmoacutesfera cercana a
la superficie de la Tierra es baja pero crece con rapidez al aumentar la altura Entre los
40 y los 400 km por encima de la Tierra la ionosfera constituye una capa esfeacuterica casi
perfectamente conductora La capa refleja las sentildeales de radio de ciertas longitudes de
onda ya se originen en la Tierra o lleguen a la Tierra desde el espacio La ionizacioacuten de
la atmoacutesfera variacutea mucho no soacutelo con la altura sino tambieacuten con la hora del diacutea y la
latitud La ionosfera constituye una capa esfeacuterica casi perfectamente conductora
Corrientes de la Tierra
Las corrientes de la Tierra constituyen un sistema mundial de ocho circuitos cerrados de
corriente eleacutectrica distribuidos de una forma bastante uniforme a ambos lados del
ecuador ademaacutes de una serie de circuitos maacutes pequentildeos cerca de los polos La superficie
de la Tierra tiene carga eleacutectrica negativa La carga negativa se consumiriacutea con rapidez
si no se repusiera de alguna forma
Carga en la superficie terrestre
La superficie de la Tierra tiene carga eleacutectrica negativa Aunque la conductividad del
aire cerca de la Tierra es pequentildea el aire no es un aislante perfecto y la carga negativa
se consumiriacutea con rapidez si no se repusiera de alguna forma
Cuando se han realizado mediciones con buen tiempo se ha observado que un flujo de
electricidad positiva se mueve hacia abajo desde la atmoacutesfera hacia la Tierra La causa
es la carga negativa de la Tierra que atrae iones positivos de la atmoacutesfera Aunque se ha
sugerido que este flujo descendente puede ser contrarrestado por flujos positivos
ascendentes en las regiones polares la hipoacutetesis preferida hoy es que la carga negativa
se 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 ha
comprobado que la carga negativa se traslada a la Tierra desde nubes de tormenta y la
relacioacuten en la que las tormentas desarrollan energiacutea eleacutectrica es suficiente para reponer
la carga de la superficie Ademaacutes la frecuencia de tormentas parece ser mayor durante
el diacutea cuando la carga negativa aumenta con mayor rapidez
MAGNETISMO TERRESTRE
La Tierra posee un poderoso campo magneacutetico como si el planeta tuviera un enorme
imaacuten en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geograacutefico y viceversa
Aunque los polos magneacuteticos terrestres reciben el nombre de polo norte magneacutetico
(proacuteximo al polo norte geograacutefico) y polo sur magneacutetico (proacuteximo al polo sur
geograacutefico) su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nombres Las posiciones
de los polos magneacuteticos no son constantes y muestran notables cambios de antildeo en antildeo
Cada 960 antildeos las variaciones en el campo magneacutetico de la Tierra incluyen el cambio
en la direccioacuten del campo provocado por el desplazamiento de los polos El campo
magneacutetico de la Tierra tiene tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razoacuten de 19 a 24
km por antildeo
Los campos magneacuteticos rodean a las corrientes eleacutectricas de modo que se supone que
esas corrientes eleacutectricas circulantes en el nuacutecleo fundido de la Tierra son el origen del
campo magneacutetico Un bucle de corriente genera un campo similar al de la Tierra La
magnitud del campo magneacutetico medido en la superficie de la Tierra es alrededor de
medio Gauss Las liacuteneas de fuerza entran en la Tierra por el hemisferio norte La
magnitud sobre la superficie de la Tierra variacutea en el rango de 03 a 06 Gauss
El campo magneacutetico de la Tierra se atribuye a un efecto dinamo de circulacioacuten de
corriente eleacutectrica pero su direccioacuten no es constante Muestras de rocas de diferentes
edades en lugares similares tienen diferentes direcciones de magnetizacioacuten permanente
Se han informado de evidencias de 171 reversiones del campo magneacutetico durante los
uacuteltimos 71 millones antildeos
Aunque los detalles del efecto
dinamo no se conocen la rotacioacuten de
la Tierra desempentildea un papel en la
generacioacuten de las corrientes que se
suponen que son la fuente del campo
magneacutetico La interaccioacuten del
campo magneacutetico terrestre con las
partiacuteculas del viento solar crea las
condiciones para los fenoacutemenos
de auroras cerca de los polos
El Efecto Dinamo
La simple pregunta iquestcoacutemo obtiene
la Tierra su campo magneacutetico no tiene una respuesta simple Parece claro que la
generacioacuten del campo magneacutetico estaacute relacionada con la rotacioacuten de la Tierra ya que
Venus con una similar composicioacuten de nuacutecleo de hierro pero con un periacuteodo de rotacioacuten
de 243 diacuteas terrestres no
tiene un campo magneacutetico
que pueda medirse
Ciertamente parece
plausible que depende de la
rotacioacuten del hierro metaacutelico
liacutequido que compone una
gran parte del interior de
ambos planetas El modelo
del conductor giratorio nos
lleva al efecto dinamo o geodinamo evocando la
imagen de un generador eleacutectrico
La conveccioacuten mueve el fluido del nuacutecleo exterior y lo
hace circular con relacioacuten a la Tierra Esto significa que
un material conductor de electricidad se esta moviendo
con respecto al campo magneacutetico de la Tierra Si por
alguna interaccioacuten como por ejemplo la friccioacuten entre
placas se obtiene una carga eleacutectrica entonces se
produce un bucle de corriente efectiva El campo
magneacutetico de un bucle de corriente podriacutea sostener el
campo magneacutetico de la Tierra de tipo de dipolo
magneacutetico Las modelaciones a gran escala en ordenadores estaacuten consiguiendo una
simulacioacuten realista de tal tipo de geodinamo
CORRIENTES TELUacuteRICAS
Alrededor de nuestro planeta existes unas
corrientes magneacuteticas que recorren la tierra de
norte a sur Estas corrientes magneacuteticas son
causadas por el nuacutecleo fundido de hierro (y otros
elementos) que circulan en el interior de la tierra
y que son las causantes de la llamada deriva
continental
Queacute es la corriente teluacuterica hay que saber primero que nuestro planeta tiene un campo
magneacutetico que se extiende desde el nuacutecleo hasta el espacio exterior donde se va
atenuando
Las corrientes teluacutericas son unas corrientes eleacutectricas que se mueve bajo tierra o a traveacutes
del oceacuteano Tienen una muy baja frecuencia y corren muy cerca de la superficie
terrestre
Relacionadas con la actividad de las tormentas eleacutectricas ya que la acumulacioacuten de
cargas eleacutectricas en la superficie terrestre convierte a una lluvia en una tormenta
eleacutectrica
Este campo tiene efectos
electromagneacuteticos que son los que crean
la magnetosfera una especie de capa
protectora magneacutetica que nos protege
del viento solar un flujo de partiacuteculas de
alta energiacutea que nos enviacutea nuestra
estrella el Sol
Tambieacuten se puede capturar algo de esa corriente eleacutectrica que transmiten que aunque
es miacutenima permite la creacioacuten de bateriacuteas terrestres o el aprovechamiento de la
electricidad terrestre En el siglo 18 se usaba estos sistemas para los teleacutegrafos
El Ombilicus Mundi u ombligo del mundo Que es el punto
desde el cual surgen y al cual convergen todas estas
corrientes teluacutericas Cuenta la leyenda que si alguien pudiese
encontrar ese centro podriacutea dominar la Tierra y cambiar su
forma a placer ya que se tendriacutea control completo sobre el
clima y sobre la tectoacutenica de placas
Estaacuten relacionadas con los llamados puntos teluacutericos los cuales seguacuten ideas esoteacutericas
son puntos de unioacuten que hasta podriacutean
permitir que se viaje entre ellos de forma
instantaacutenea Son los puntos donde se
unen las corrientes teluacutericas
TEORIacuteA ELEacuteCTRICA DE UNA
TORMENTA
Las tormentas son extremadamente
complejas y no existe un modelo
generalmente aceptado que pueda ser
utilizado para calcular la corriente
liberada por ellas en el circuito eleacutectrico
global Un modelo muy difundido
supone una distribucioacuten bipolar en la
nube con un nuacutecleo de cargas positivas
en la cima y otro de negativas en la base
Este modelo es el maacutes simple pero a la
vez el maacutes utilizado a la hora de explicar
el circuito eleacutectrico global
La gran mayoriacutea de las nubes que se forman en la atmoacutesfera se disipan sin producir ni
precipitacioacuten ni rayos Los iones que se mueven raacutepidamente dentro de la nube son
atrapados por partiacuteculas nubosas maacutes grandes de forma que decrece la conductividad
eleacutectrica de la nube con respecto al aire claro que le rodea de forma que la corriente de
buen tiempo queda alterada en las cercaniacuteas de la nube A medida que la actividad
convectiva en la nube aumenta la electrificacioacuten aumenta
La fuerte electrificacioacuten generalmente comienza con el desarrollo raacutepido tanto
horizontal como vertical de un cuacutemulo de buen tiempo a un cuacutemulo nimbo Entre la
superficie de la tierra y la nube se produciriacutea un ascenso de cargas positivas o un descenso
de negativas Por encima de la nube las tormentas aportariacutean cargas positivas que fluyen
hacia la ionosfera en forma de una Corriente de conduccioacuten
El raacutepido incremento de la conductividad eleacutectrica con la altura confina la corriente en
una columna vertical que fluye desde la tormenta hasta la ionosfera Parte de estas
corrientes ascendentes circulan influidas por el campo magneacutetico terrestre El campo
magneacutetico terrestre y la ionosfera redistribuyen la carga horizontalmente por todo el
globo Desde la ionosfera la corriente fluye hacia abajo como Corriente de buen tiempo
Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribucioacuten de carga en la nube que se aplica
en el circuito eleacutectrico global es el dipolar es interesante mostrar con un poco maacutes de
detalle las corrientes maacutes importantes que rodean a una nube convectiva asiacute como la
distribucioacuten de carga dentro de ella
Corrientes de conveccioacuten formadas por el transporte de partiacuteculas cargadas desde el
suelo a la base de la nube
Corrientes de precipitacioacuten producidas por el transporte de cargas hacia el suelo
positivas o negativas dependiendo de la zona de la nube de donde provenga la
precipitacioacuten
Corrientes puntuales o de corona cargas positivas que liberan los aacuterboles vegetacioacuten
y otros puntos sobre la tierra y que son atraiacutedas por el nuacutecleo principal de carga negativa
de la nube
Rayos descargas eleacutectricas producidas por el aumento de la diferencia de potencial entre
dos puntos de la nube o entre la nube y la superficie de la tierra
El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estaacutetica producida durante una
tormenta eleacutectrica generando un pulso electromagneacutetico La descarga eleacutectrica
precipitada del rayo es acompantildeada por la emisioacuten de luz (el relaacutempago) causada por
el paso de corriente eleacutectrica que ioniza las moleacuteculas de aire y por el sonido del trueno
desarrollado por la onda de choque La electricidad (corriente eleacutectrica) que pasa a traveacutes
de la atmoacutesfera calienta y expande raacutepidamente el aire produciendo el ruido
caracteriacutestico del trueno Los rayos se encuentran en estado plasmaacutetico
Elevacioacuten para que las nubes se formen el aire huacutemedo debe subir enfriarse y
condensarse La elevacioacuten es el mecanismo que hace que el aire suba y existen muchas maneras para que esto suceda Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire
sobre eacutesta ese aire se eleva y un aire maacutes friacuteo ocupa su lugar Cuando una masa de aire caacutelido se incorpora a una masa de aire friacuteo el aire caacutelido maacutes liviano se eleva y se coloca
por encima del aire friacuteo Un frente friacuteo ascendente hace lo contrario se desliza por debajo de la masa de aire caacutelido y lo obliga a elevarse
A medida que el aire caacutelido asciende se va enfriando y entonces desciende eacuteste es un
proceso llamado conveccioacuten Las corrientes de conveccioacuten dispersan la energiacutea termal (calor) en este caso el aire calentado El teacutermino teacutecnico
para una tormenta eleacutectrica compleja es sistema
convectivo de mesoescala
Humedad eacuteste es un ingrediente esencial en
todos los sistemas climaacuteticos El aire ascendente no formaraacute nubes si es seco Las nubes
cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de lluvia de tormenta o tormentosas) estaacuten
cargadas de humedad en forma de vapor de agua Se forman a medida que el aire caacutelido se
eleva y luego se enfriacutea hasta llegar al punto de
condensacioacuten El punto de condensacioacuten es la temperatura a la cual una nube se satura (no
puede retener maacutes humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia Las tormentas eleacutectricas son maacutes comunes en climas caacutelidos porque el punto de
condensacioacuten es alto las nubes pueden cargar maacutes humedad antes de llegar al punto de saturacioacuten y liberar el torrente de lluvia
Las nubes cumulonimbos crecen
hacia arriba y desarrollan cumbres
altiacutesimas que parecen yunques En
general las tormentas eleacutectricas provienen de esas nubes
Aire inestable el aire huacutemedo y ascendente no siempre genera tormentas eleacutectricas El
aire debe ser inestable Si el aire es estable el aire ascendente se enfriacutea maacutes que el aire a su alrededor y vuelve a descender y se evita asiacute la tormenta eleacutectrica Las masas de aire
inestable ascienden y se enfriacutean pero se mantienen maacutes calientes que el aire a su alrededor y por lo tanto continuacutean elevaacutendose El mecanismo de trasfondo es el calor
liberado por la condensacioacuten en una nube Debido a esto la masa de aire ascendente se mantiene maacutes caacutelida que el aire a su alrededor y continuacutea elevaacutendose El aire que asciende forma una corriente ascendente mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente
No debe haber topes a aproximadamente 3000 m (10000 pies) un tope es la parte superior de
una nube de conveccioacuten en donde el aire se estabiliza Si no hay topes a alrededor de
3000 m el aire inestable continuacutea elevaacutendose y esto permite que se desarrollen
tormentas eleacutectricas En este escenario de una masa de aire caacutelido ascendente las
tormentas eleacutectricas se forman en la masa de aire friacuteo inestable y huacutemedo que hay debajo de eacutesta Con un frente friacuteo ascendente las tormentas eleacutectricas se forman a lo largo de la liacutenea frontal y justo en frente de eacutesta
Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta Una corriente
ascendente hace que se desarrollen nubes altiacutesimas Cuando comienza a caer lluvia la corriente descendente desarrolla y forma raacutefagas de viento cerca de la tierra Finalmente
la corriente ascendente se rompe y la tormenta se termina La fuerza de la corriente ascendente y descendente determina la fuerza de la tormenta
Formacioacuten de las tormentas eleacutectricas
Los rayos son descargas eleacutectricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o
con la propia nube ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el
segundo descargas dentro de la nube siendo este el caso maacutes comuacuten
Todos los tipos de tormentas eleacutectricas (rayos y relaacutempagos) provienen principalmente
de nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente en presencia de una masa de aire caliente inestable que en presencia de una alta energiacutea sube
raacutepidamente Este ascenso es provocado por el enfrentamiento de dos frentes uno
caacutelido y uno friacuteo haciendo que el friacuteo por su mayor densidad y peso pase por abajo
del caacutelido y lo obligue a subir
Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el
rayo de luz visible que va desde el suelo hacia la nube Este rayo llega a velocidades
de 300000000 kiloacutemetros por hora
Las razones para las tormentas con lluvia o secas en esta eacutepoca del antildeo es la
inestabilidad de la atmoacutesfera
Formacioacuten del rayo
Relaacutempago del Catatumbo Zulia Venezuela La faacutebrica de ozono de la
Madre Naturaleza Este fenoacutemeno es capaz de producir 1176000 relaacutempagos
por antildeo produciendo el 10 de la capa de ozono del planeta
Coacutemo se inicia la descarga eleacutectrica sigue
siendo un tema de debate Los cientiacuteficos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones
atmosfeacutericas (viento humedad y presioacuten) hasta los efectos del viento solar
y a la acumulacioacuten de partiacuteculas solares cargadas7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo propiciando una separacioacuten de las cargas positivas y negativas
dentro de la nube
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcaacutenicas o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga
estaacutetica
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta asiacute como tambieacuten fuera de eacutestas y no necesariamente impactan en la tierra Este diagrama muestra los diferentes tipos de
rayos como asiacute tambieacuten el movimiento de aire y de la carga eleacutectrica de la tierra a la nube y viceversa
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
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Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
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Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
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httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
CAMPO MAGEacuteTICO TERRESTRE
El magnetismo de la Tierra es
el resultado de una dinaacutemica
ya que su nuacutecleo de hierro de la
Tierra no es soacutelido
Electricidad ahora siacute se puede
definir la misma como una
propiedad de caraacutecter fiacutesico que
se evidencia por medio de la
atraccioacuten o el rechazo que se
causan entre siacute los diversos
componentes que constituyen la
materia
La capacidad de producir
electricidad no solamente la tiene el hombre ya que la naturaleza la genera cuando
ocurre una tormenta en cuyo caso se manifiesta una importante transferencia de energiacutea
entre un aacuterea de la atmoacutesfera y la superficie terrestre fenoacutemeno que se hace evidente en
forme rayo
TERRESTRE Se utiliza el teacutermino lsquoterrestrersquo para calificar a todo objeto elemento
situacioacuten o fenoacutemeno que tenga que ver con el planeta Tierra
ELECTRICIDAD TERRESTRE
Electricidad terrestre Se conocen tres sistemas eleacutectricos generados por procesos
naturales Uno estaacute en la atmoacutesfera Otro estaacute dentro de la Tierra fluyendo paralelo a la
superficie y el tercero que traslada carga eleacutectrica entre la atmoacutesfera y la Tierra fluye
en vertical
La electricidad atmosfeacuterica excepto aquella que se asocia con cargas dentro de una nube
y ocasiona el relaacutempago es el resultado de la ionizacioacuten de la atmoacutesfera por la radiacioacuten
solar y a partir del movimiento de nubes de iones conducidas por mareas atmosfeacutericas
Las mareas atmosfeacutericas se producen por la atraccioacuten gravitacional del Sol y la Luna
sobre la atmoacutesfera de la Tierra (veacutease Gravitacioacuten) y al igual que las mareas oceaacutenicas
suben y bajan a diario
La ionizacioacuten y por consiguiente la conductividad eleacutectrica de la atmoacutesfera cercana a
la superficie de la Tierra es baja pero crece con rapidez al aumentar la altura Entre los
40 y los 400 km por encima de la Tierra la ionosfera constituye una capa esfeacuterica casi
perfectamente conductora La capa refleja las sentildeales de radio de ciertas longitudes de
onda ya se originen en la Tierra o lleguen a la Tierra desde el espacio La ionizacioacuten de
la atmoacutesfera variacutea mucho no soacutelo con la altura sino tambieacuten con la hora del diacutea y la
latitud La ionosfera constituye una capa esfeacuterica casi perfectamente conductora
Corrientes de la Tierra
Las corrientes de la Tierra constituyen un sistema mundial de ocho circuitos cerrados de
corriente eleacutectrica distribuidos de una forma bastante uniforme a ambos lados del
ecuador ademaacutes de una serie de circuitos maacutes pequentildeos cerca de los polos La superficie
de la Tierra tiene carga eleacutectrica negativa La carga negativa se consumiriacutea con rapidez
si no se repusiera de alguna forma
Carga en la superficie terrestre
La superficie de la Tierra tiene carga eleacutectrica negativa Aunque la conductividad del
aire cerca de la Tierra es pequentildea el aire no es un aislante perfecto y la carga negativa
se consumiriacutea con rapidez si no se repusiera de alguna forma
Cuando se han realizado mediciones con buen tiempo se ha observado que un flujo de
electricidad positiva se mueve hacia abajo desde la atmoacutesfera hacia la Tierra La causa
es la carga negativa de la Tierra que atrae iones positivos de la atmoacutesfera Aunque se ha
sugerido que este flujo descendente puede ser contrarrestado por flujos positivos
ascendentes en las regiones polares la hipoacutetesis preferida hoy es que la carga negativa
se 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 ha
comprobado que la carga negativa se traslada a la Tierra desde nubes de tormenta y la
relacioacuten en la que las tormentas desarrollan energiacutea eleacutectrica es suficiente para reponer
la carga de la superficie Ademaacutes la frecuencia de tormentas parece ser mayor durante
el diacutea cuando la carga negativa aumenta con mayor rapidez
MAGNETISMO TERRESTRE
La Tierra posee un poderoso campo magneacutetico como si el planeta tuviera un enorme
imaacuten en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geograacutefico y viceversa
Aunque los polos magneacuteticos terrestres reciben el nombre de polo norte magneacutetico
(proacuteximo al polo norte geograacutefico) y polo sur magneacutetico (proacuteximo al polo sur
geograacutefico) su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nombres Las posiciones
de los polos magneacuteticos no son constantes y muestran notables cambios de antildeo en antildeo
Cada 960 antildeos las variaciones en el campo magneacutetico de la Tierra incluyen el cambio
en la direccioacuten del campo provocado por el desplazamiento de los polos El campo
magneacutetico de la Tierra tiene tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razoacuten de 19 a 24
km por antildeo
Los campos magneacuteticos rodean a las corrientes eleacutectricas de modo que se supone que
esas corrientes eleacutectricas circulantes en el nuacutecleo fundido de la Tierra son el origen del
campo magneacutetico Un bucle de corriente genera un campo similar al de la Tierra La
magnitud del campo magneacutetico medido en la superficie de la Tierra es alrededor de
medio Gauss Las liacuteneas de fuerza entran en la Tierra por el hemisferio norte La
magnitud sobre la superficie de la Tierra variacutea en el rango de 03 a 06 Gauss
El campo magneacutetico de la Tierra se atribuye a un efecto dinamo de circulacioacuten de
corriente eleacutectrica pero su direccioacuten no es constante Muestras de rocas de diferentes
edades en lugares similares tienen diferentes direcciones de magnetizacioacuten permanente
Se han informado de evidencias de 171 reversiones del campo magneacutetico durante los
uacuteltimos 71 millones antildeos
Aunque los detalles del efecto
dinamo no se conocen la rotacioacuten de
la Tierra desempentildea un papel en la
generacioacuten de las corrientes que se
suponen que son la fuente del campo
magneacutetico La interaccioacuten del
campo magneacutetico terrestre con las
partiacuteculas del viento solar crea las
condiciones para los fenoacutemenos
de auroras cerca de los polos
El Efecto Dinamo
La simple pregunta iquestcoacutemo obtiene
la Tierra su campo magneacutetico no tiene una respuesta simple Parece claro que la
generacioacuten del campo magneacutetico estaacute relacionada con la rotacioacuten de la Tierra ya que
Venus con una similar composicioacuten de nuacutecleo de hierro pero con un periacuteodo de rotacioacuten
de 243 diacuteas terrestres no
tiene un campo magneacutetico
que pueda medirse
Ciertamente parece
plausible que depende de la
rotacioacuten del hierro metaacutelico
liacutequido que compone una
gran parte del interior de
ambos planetas El modelo
del conductor giratorio nos
lleva al efecto dinamo o geodinamo evocando la
imagen de un generador eleacutectrico
La conveccioacuten mueve el fluido del nuacutecleo exterior y lo
hace circular con relacioacuten a la Tierra Esto significa que
un material conductor de electricidad se esta moviendo
con respecto al campo magneacutetico de la Tierra Si por
alguna interaccioacuten como por ejemplo la friccioacuten entre
placas se obtiene una carga eleacutectrica entonces se
produce un bucle de corriente efectiva El campo
magneacutetico de un bucle de corriente podriacutea sostener el
campo magneacutetico de la Tierra de tipo de dipolo
magneacutetico Las modelaciones a gran escala en ordenadores estaacuten consiguiendo una
simulacioacuten realista de tal tipo de geodinamo
CORRIENTES TELUacuteRICAS
Alrededor de nuestro planeta existes unas
corrientes magneacuteticas que recorren la tierra de
norte a sur Estas corrientes magneacuteticas son
causadas por el nuacutecleo fundido de hierro (y otros
elementos) que circulan en el interior de la tierra
y que son las causantes de la llamada deriva
continental
Queacute es la corriente teluacuterica hay que saber primero que nuestro planeta tiene un campo
magneacutetico que se extiende desde el nuacutecleo hasta el espacio exterior donde se va
atenuando
Las corrientes teluacutericas son unas corrientes eleacutectricas que se mueve bajo tierra o a traveacutes
del oceacuteano Tienen una muy baja frecuencia y corren muy cerca de la superficie
terrestre
Relacionadas con la actividad de las tormentas eleacutectricas ya que la acumulacioacuten de
cargas eleacutectricas en la superficie terrestre convierte a una lluvia en una tormenta
eleacutectrica
Este campo tiene efectos
electromagneacuteticos que son los que crean
la magnetosfera una especie de capa
protectora magneacutetica que nos protege
del viento solar un flujo de partiacuteculas de
alta energiacutea que nos enviacutea nuestra
estrella el Sol
Tambieacuten se puede capturar algo de esa corriente eleacutectrica que transmiten que aunque
es miacutenima permite la creacioacuten de bateriacuteas terrestres o el aprovechamiento de la
electricidad terrestre En el siglo 18 se usaba estos sistemas para los teleacutegrafos
El Ombilicus Mundi u ombligo del mundo Que es el punto
desde el cual surgen y al cual convergen todas estas
corrientes teluacutericas Cuenta la leyenda que si alguien pudiese
encontrar ese centro podriacutea dominar la Tierra y cambiar su
forma a placer ya que se tendriacutea control completo sobre el
clima y sobre la tectoacutenica de placas
Estaacuten relacionadas con los llamados puntos teluacutericos los cuales seguacuten ideas esoteacutericas
son puntos de unioacuten que hasta podriacutean
permitir que se viaje entre ellos de forma
instantaacutenea Son los puntos donde se
unen las corrientes teluacutericas
TEORIacuteA ELEacuteCTRICA DE UNA
TORMENTA
Las tormentas son extremadamente
complejas y no existe un modelo
generalmente aceptado que pueda ser
utilizado para calcular la corriente
liberada por ellas en el circuito eleacutectrico
global Un modelo muy difundido
supone una distribucioacuten bipolar en la
nube con un nuacutecleo de cargas positivas
en la cima y otro de negativas en la base
Este modelo es el maacutes simple pero a la
vez el maacutes utilizado a la hora de explicar
el circuito eleacutectrico global
La gran mayoriacutea de las nubes que se forman en la atmoacutesfera se disipan sin producir ni
precipitacioacuten ni rayos Los iones que se mueven raacutepidamente dentro de la nube son
atrapados por partiacuteculas nubosas maacutes grandes de forma que decrece la conductividad
eleacutectrica de la nube con respecto al aire claro que le rodea de forma que la corriente de
buen tiempo queda alterada en las cercaniacuteas de la nube A medida que la actividad
convectiva en la nube aumenta la electrificacioacuten aumenta
La fuerte electrificacioacuten generalmente comienza con el desarrollo raacutepido tanto
horizontal como vertical de un cuacutemulo de buen tiempo a un cuacutemulo nimbo Entre la
superficie de la tierra y la nube se produciriacutea un ascenso de cargas positivas o un descenso
de negativas Por encima de la nube las tormentas aportariacutean cargas positivas que fluyen
hacia la ionosfera en forma de una Corriente de conduccioacuten
El raacutepido incremento de la conductividad eleacutectrica con la altura confina la corriente en
una columna vertical que fluye desde la tormenta hasta la ionosfera Parte de estas
corrientes ascendentes circulan influidas por el campo magneacutetico terrestre El campo
magneacutetico terrestre y la ionosfera redistribuyen la carga horizontalmente por todo el
globo Desde la ionosfera la corriente fluye hacia abajo como Corriente de buen tiempo
Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribucioacuten de carga en la nube que se aplica
en el circuito eleacutectrico global es el dipolar es interesante mostrar con un poco maacutes de
detalle las corrientes maacutes importantes que rodean a una nube convectiva asiacute como la
distribucioacuten de carga dentro de ella
Corrientes de conveccioacuten formadas por el transporte de partiacuteculas cargadas desde el
suelo a la base de la nube
Corrientes de precipitacioacuten producidas por el transporte de cargas hacia el suelo
positivas o negativas dependiendo de la zona de la nube de donde provenga la
precipitacioacuten
Corrientes puntuales o de corona cargas positivas que liberan los aacuterboles vegetacioacuten
y otros puntos sobre la tierra y que son atraiacutedas por el nuacutecleo principal de carga negativa
de la nube
Rayos descargas eleacutectricas producidas por el aumento de la diferencia de potencial entre
dos puntos de la nube o entre la nube y la superficie de la tierra
El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estaacutetica producida durante una
tormenta eleacutectrica generando un pulso electromagneacutetico La descarga eleacutectrica
precipitada del rayo es acompantildeada por la emisioacuten de luz (el relaacutempago) causada por
el paso de corriente eleacutectrica que ioniza las moleacuteculas de aire y por el sonido del trueno
desarrollado por la onda de choque La electricidad (corriente eleacutectrica) que pasa a traveacutes
de la atmoacutesfera calienta y expande raacutepidamente el aire produciendo el ruido
caracteriacutestico del trueno Los rayos se encuentran en estado plasmaacutetico
Elevacioacuten para que las nubes se formen el aire huacutemedo debe subir enfriarse y
condensarse La elevacioacuten es el mecanismo que hace que el aire suba y existen muchas maneras para que esto suceda Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire
sobre eacutesta ese aire se eleva y un aire maacutes friacuteo ocupa su lugar Cuando una masa de aire caacutelido se incorpora a una masa de aire friacuteo el aire caacutelido maacutes liviano se eleva y se coloca
por encima del aire friacuteo Un frente friacuteo ascendente hace lo contrario se desliza por debajo de la masa de aire caacutelido y lo obliga a elevarse
A medida que el aire caacutelido asciende se va enfriando y entonces desciende eacuteste es un
proceso llamado conveccioacuten Las corrientes de conveccioacuten dispersan la energiacutea termal (calor) en este caso el aire calentado El teacutermino teacutecnico
para una tormenta eleacutectrica compleja es sistema
convectivo de mesoescala
Humedad eacuteste es un ingrediente esencial en
todos los sistemas climaacuteticos El aire ascendente no formaraacute nubes si es seco Las nubes
cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de lluvia de tormenta o tormentosas) estaacuten
cargadas de humedad en forma de vapor de agua Se forman a medida que el aire caacutelido se
eleva y luego se enfriacutea hasta llegar al punto de
condensacioacuten El punto de condensacioacuten es la temperatura a la cual una nube se satura (no
puede retener maacutes humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia Las tormentas eleacutectricas son maacutes comunes en climas caacutelidos porque el punto de
condensacioacuten es alto las nubes pueden cargar maacutes humedad antes de llegar al punto de saturacioacuten y liberar el torrente de lluvia
Las nubes cumulonimbos crecen
hacia arriba y desarrollan cumbres
altiacutesimas que parecen yunques En
general las tormentas eleacutectricas provienen de esas nubes
Aire inestable el aire huacutemedo y ascendente no siempre genera tormentas eleacutectricas El
aire debe ser inestable Si el aire es estable el aire ascendente se enfriacutea maacutes que el aire a su alrededor y vuelve a descender y se evita asiacute la tormenta eleacutectrica Las masas de aire
inestable ascienden y se enfriacutean pero se mantienen maacutes calientes que el aire a su alrededor y por lo tanto continuacutean elevaacutendose El mecanismo de trasfondo es el calor
liberado por la condensacioacuten en una nube Debido a esto la masa de aire ascendente se mantiene maacutes caacutelida que el aire a su alrededor y continuacutea elevaacutendose El aire que asciende forma una corriente ascendente mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente
No debe haber topes a aproximadamente 3000 m (10000 pies) un tope es la parte superior de
una nube de conveccioacuten en donde el aire se estabiliza Si no hay topes a alrededor de
3000 m el aire inestable continuacutea elevaacutendose y esto permite que se desarrollen
tormentas eleacutectricas En este escenario de una masa de aire caacutelido ascendente las
tormentas eleacutectricas se forman en la masa de aire friacuteo inestable y huacutemedo que hay debajo de eacutesta Con un frente friacuteo ascendente las tormentas eleacutectricas se forman a lo largo de la liacutenea frontal y justo en frente de eacutesta
Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta Una corriente
ascendente hace que se desarrollen nubes altiacutesimas Cuando comienza a caer lluvia la corriente descendente desarrolla y forma raacutefagas de viento cerca de la tierra Finalmente
la corriente ascendente se rompe y la tormenta se termina La fuerza de la corriente ascendente y descendente determina la fuerza de la tormenta
Formacioacuten de las tormentas eleacutectricas
Los rayos son descargas eleacutectricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o
con la propia nube ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el
segundo descargas dentro de la nube siendo este el caso maacutes comuacuten
Todos los tipos de tormentas eleacutectricas (rayos y relaacutempagos) provienen principalmente
de nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente en presencia de una masa de aire caliente inestable que en presencia de una alta energiacutea sube
raacutepidamente Este ascenso es provocado por el enfrentamiento de dos frentes uno
caacutelido y uno friacuteo haciendo que el friacuteo por su mayor densidad y peso pase por abajo
del caacutelido y lo obligue a subir
Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el
rayo de luz visible que va desde el suelo hacia la nube Este rayo llega a velocidades
de 300000000 kiloacutemetros por hora
Las razones para las tormentas con lluvia o secas en esta eacutepoca del antildeo es la
inestabilidad de la atmoacutesfera
Formacioacuten del rayo
Relaacutempago del Catatumbo Zulia Venezuela La faacutebrica de ozono de la
Madre Naturaleza Este fenoacutemeno es capaz de producir 1176000 relaacutempagos
por antildeo produciendo el 10 de la capa de ozono del planeta
Coacutemo se inicia la descarga eleacutectrica sigue
siendo un tema de debate Los cientiacuteficos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones
atmosfeacutericas (viento humedad y presioacuten) hasta los efectos del viento solar
y a la acumulacioacuten de partiacuteculas solares cargadas7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo propiciando una separacioacuten de las cargas positivas y negativas
dentro de la nube
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcaacutenicas o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga
estaacutetica
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta asiacute como tambieacuten fuera de eacutestas y no necesariamente impactan en la tierra Este diagrama muestra los diferentes tipos de
rayos como asiacute tambieacuten el movimiento de aire y de la carga eleacutectrica de la tierra a la nube y viceversa
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
onda ya se originen en la Tierra o lleguen a la Tierra desde el espacio La ionizacioacuten de
la atmoacutesfera variacutea mucho no soacutelo con la altura sino tambieacuten con la hora del diacutea y la
latitud La ionosfera constituye una capa esfeacuterica casi perfectamente conductora
Corrientes de la Tierra
Las corrientes de la Tierra constituyen un sistema mundial de ocho circuitos cerrados de
corriente eleacutectrica distribuidos de una forma bastante uniforme a ambos lados del
ecuador ademaacutes de una serie de circuitos maacutes pequentildeos cerca de los polos La superficie
de la Tierra tiene carga eleacutectrica negativa La carga negativa se consumiriacutea con rapidez
si no se repusiera de alguna forma
Carga en la superficie terrestre
La superficie de la Tierra tiene carga eleacutectrica negativa Aunque la conductividad del
aire cerca de la Tierra es pequentildea el aire no es un aislante perfecto y la carga negativa
se consumiriacutea con rapidez si no se repusiera de alguna forma
Cuando se han realizado mediciones con buen tiempo se ha observado que un flujo de
electricidad positiva se mueve hacia abajo desde la atmoacutesfera hacia la Tierra La causa
es la carga negativa de la Tierra que atrae iones positivos de la atmoacutesfera Aunque se ha
sugerido que este flujo descendente puede ser contrarrestado por flujos positivos
ascendentes en las regiones polares la hipoacutetesis preferida hoy es que la carga negativa
se 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 ha
comprobado que la carga negativa se traslada a la Tierra desde nubes de tormenta y la
relacioacuten en la que las tormentas desarrollan energiacutea eleacutectrica es suficiente para reponer
la carga de la superficie Ademaacutes la frecuencia de tormentas parece ser mayor durante
el diacutea cuando la carga negativa aumenta con mayor rapidez
MAGNETISMO TERRESTRE
La Tierra posee un poderoso campo magneacutetico como si el planeta tuviera un enorme
imaacuten en su interior cuyo polo sur estuviera cerca del polo norte geograacutefico y viceversa
Aunque los polos magneacuteticos terrestres reciben el nombre de polo norte magneacutetico
(proacuteximo al polo norte geograacutefico) y polo sur magneacutetico (proacuteximo al polo sur
geograacutefico) su magnetismo real es el opuesto al que indican sus nombres Las posiciones
de los polos magneacuteticos no son constantes y muestran notables cambios de antildeo en antildeo
Cada 960 antildeos las variaciones en el campo magneacutetico de la Tierra incluyen el cambio
en la direccioacuten del campo provocado por el desplazamiento de los polos El campo
magneacutetico de la Tierra tiene tendencia a trasladarse hacia el Oeste a razoacuten de 19 a 24
km por antildeo
Los campos magneacuteticos rodean a las corrientes eleacutectricas de modo que se supone que
esas corrientes eleacutectricas circulantes en el nuacutecleo fundido de la Tierra son el origen del
campo magneacutetico Un bucle de corriente genera un campo similar al de la Tierra La
magnitud del campo magneacutetico medido en la superficie de la Tierra es alrededor de
medio Gauss Las liacuteneas de fuerza entran en la Tierra por el hemisferio norte La
magnitud sobre la superficie de la Tierra variacutea en el rango de 03 a 06 Gauss
El campo magneacutetico de la Tierra se atribuye a un efecto dinamo de circulacioacuten de
corriente eleacutectrica pero su direccioacuten no es constante Muestras de rocas de diferentes
edades en lugares similares tienen diferentes direcciones de magnetizacioacuten permanente
Se han informado de evidencias de 171 reversiones del campo magneacutetico durante los
uacuteltimos 71 millones antildeos
Aunque los detalles del efecto
dinamo no se conocen la rotacioacuten de
la Tierra desempentildea un papel en la
generacioacuten de las corrientes que se
suponen que son la fuente del campo
magneacutetico La interaccioacuten del
campo magneacutetico terrestre con las
partiacuteculas del viento solar crea las
condiciones para los fenoacutemenos
de auroras cerca de los polos
El Efecto Dinamo
La simple pregunta iquestcoacutemo obtiene
la Tierra su campo magneacutetico no tiene una respuesta simple Parece claro que la
generacioacuten del campo magneacutetico estaacute relacionada con la rotacioacuten de la Tierra ya que
Venus con una similar composicioacuten de nuacutecleo de hierro pero con un periacuteodo de rotacioacuten
de 243 diacuteas terrestres no
tiene un campo magneacutetico
que pueda medirse
Ciertamente parece
plausible que depende de la
rotacioacuten del hierro metaacutelico
liacutequido que compone una
gran parte del interior de
ambos planetas El modelo
del conductor giratorio nos
lleva al efecto dinamo o geodinamo evocando la
imagen de un generador eleacutectrico
La conveccioacuten mueve el fluido del nuacutecleo exterior y lo
hace circular con relacioacuten a la Tierra Esto significa que
un material conductor de electricidad se esta moviendo
con respecto al campo magneacutetico de la Tierra Si por
alguna interaccioacuten como por ejemplo la friccioacuten entre
placas se obtiene una carga eleacutectrica entonces se
produce un bucle de corriente efectiva El campo
magneacutetico de un bucle de corriente podriacutea sostener el
campo magneacutetico de la Tierra de tipo de dipolo
magneacutetico Las modelaciones a gran escala en ordenadores estaacuten consiguiendo una
simulacioacuten realista de tal tipo de geodinamo
CORRIENTES TELUacuteRICAS
Alrededor de nuestro planeta existes unas
corrientes magneacuteticas que recorren la tierra de
norte a sur Estas corrientes magneacuteticas son
causadas por el nuacutecleo fundido de hierro (y otros
elementos) que circulan en el interior de la tierra
y que son las causantes de la llamada deriva
continental
Queacute es la corriente teluacuterica hay que saber primero que nuestro planeta tiene un campo
magneacutetico que se extiende desde el nuacutecleo hasta el espacio exterior donde se va
atenuando
Las corrientes teluacutericas son unas corrientes eleacutectricas que se mueve bajo tierra o a traveacutes
del oceacuteano Tienen una muy baja frecuencia y corren muy cerca de la superficie
terrestre
Relacionadas con la actividad de las tormentas eleacutectricas ya que la acumulacioacuten de
cargas eleacutectricas en la superficie terrestre convierte a una lluvia en una tormenta
eleacutectrica
Este campo tiene efectos
electromagneacuteticos que son los que crean
la magnetosfera una especie de capa
protectora magneacutetica que nos protege
del viento solar un flujo de partiacuteculas de
alta energiacutea que nos enviacutea nuestra
estrella el Sol
Tambieacuten se puede capturar algo de esa corriente eleacutectrica que transmiten que aunque
es miacutenima permite la creacioacuten de bateriacuteas terrestres o el aprovechamiento de la
electricidad terrestre En el siglo 18 se usaba estos sistemas para los teleacutegrafos
El Ombilicus Mundi u ombligo del mundo Que es el punto
desde el cual surgen y al cual convergen todas estas
corrientes teluacutericas Cuenta la leyenda que si alguien pudiese
encontrar ese centro podriacutea dominar la Tierra y cambiar su
forma a placer ya que se tendriacutea control completo sobre el
clima y sobre la tectoacutenica de placas
Estaacuten relacionadas con los llamados puntos teluacutericos los cuales seguacuten ideas esoteacutericas
son puntos de unioacuten que hasta podriacutean
permitir que se viaje entre ellos de forma
instantaacutenea Son los puntos donde se
unen las corrientes teluacutericas
TEORIacuteA ELEacuteCTRICA DE UNA
TORMENTA
Las tormentas son extremadamente
complejas y no existe un modelo
generalmente aceptado que pueda ser
utilizado para calcular la corriente
liberada por ellas en el circuito eleacutectrico
global Un modelo muy difundido
supone una distribucioacuten bipolar en la
nube con un nuacutecleo de cargas positivas
en la cima y otro de negativas en la base
Este modelo es el maacutes simple pero a la
vez el maacutes utilizado a la hora de explicar
el circuito eleacutectrico global
La gran mayoriacutea de las nubes que se forman en la atmoacutesfera se disipan sin producir ni
precipitacioacuten ni rayos Los iones que se mueven raacutepidamente dentro de la nube son
atrapados por partiacuteculas nubosas maacutes grandes de forma que decrece la conductividad
eleacutectrica de la nube con respecto al aire claro que le rodea de forma que la corriente de
buen tiempo queda alterada en las cercaniacuteas de la nube A medida que la actividad
convectiva en la nube aumenta la electrificacioacuten aumenta
La fuerte electrificacioacuten generalmente comienza con el desarrollo raacutepido tanto
horizontal como vertical de un cuacutemulo de buen tiempo a un cuacutemulo nimbo Entre la
superficie de la tierra y la nube se produciriacutea un ascenso de cargas positivas o un descenso
de negativas Por encima de la nube las tormentas aportariacutean cargas positivas que fluyen
hacia la ionosfera en forma de una Corriente de conduccioacuten
El raacutepido incremento de la conductividad eleacutectrica con la altura confina la corriente en
una columna vertical que fluye desde la tormenta hasta la ionosfera Parte de estas
corrientes ascendentes circulan influidas por el campo magneacutetico terrestre El campo
magneacutetico terrestre y la ionosfera redistribuyen la carga horizontalmente por todo el
globo Desde la ionosfera la corriente fluye hacia abajo como Corriente de buen tiempo
Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribucioacuten de carga en la nube que se aplica
en el circuito eleacutectrico global es el dipolar es interesante mostrar con un poco maacutes de
detalle las corrientes maacutes importantes que rodean a una nube convectiva asiacute como la
distribucioacuten de carga dentro de ella
Corrientes de conveccioacuten formadas por el transporte de partiacuteculas cargadas desde el
suelo a la base de la nube
Corrientes de precipitacioacuten producidas por el transporte de cargas hacia el suelo
positivas o negativas dependiendo de la zona de la nube de donde provenga la
precipitacioacuten
Corrientes puntuales o de corona cargas positivas que liberan los aacuterboles vegetacioacuten
y otros puntos sobre la tierra y que son atraiacutedas por el nuacutecleo principal de carga negativa
de la nube
Rayos descargas eleacutectricas producidas por el aumento de la diferencia de potencial entre
dos puntos de la nube o entre la nube y la superficie de la tierra
El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estaacutetica producida durante una
tormenta eleacutectrica generando un pulso electromagneacutetico La descarga eleacutectrica
precipitada del rayo es acompantildeada por la emisioacuten de luz (el relaacutempago) causada por
el paso de corriente eleacutectrica que ioniza las moleacuteculas de aire y por el sonido del trueno
desarrollado por la onda de choque La electricidad (corriente eleacutectrica) que pasa a traveacutes
de la atmoacutesfera calienta y expande raacutepidamente el aire produciendo el ruido
caracteriacutestico del trueno Los rayos se encuentran en estado plasmaacutetico
Elevacioacuten para que las nubes se formen el aire huacutemedo debe subir enfriarse y
condensarse La elevacioacuten es el mecanismo que hace que el aire suba y existen muchas maneras para que esto suceda Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire
sobre eacutesta ese aire se eleva y un aire maacutes friacuteo ocupa su lugar Cuando una masa de aire caacutelido se incorpora a una masa de aire friacuteo el aire caacutelido maacutes liviano se eleva y se coloca
por encima del aire friacuteo Un frente friacuteo ascendente hace lo contrario se desliza por debajo de la masa de aire caacutelido y lo obliga a elevarse
A medida que el aire caacutelido asciende se va enfriando y entonces desciende eacuteste es un
proceso llamado conveccioacuten Las corrientes de conveccioacuten dispersan la energiacutea termal (calor) en este caso el aire calentado El teacutermino teacutecnico
para una tormenta eleacutectrica compleja es sistema
convectivo de mesoescala
Humedad eacuteste es un ingrediente esencial en
todos los sistemas climaacuteticos El aire ascendente no formaraacute nubes si es seco Las nubes
cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de lluvia de tormenta o tormentosas) estaacuten
cargadas de humedad en forma de vapor de agua Se forman a medida que el aire caacutelido se
eleva y luego se enfriacutea hasta llegar al punto de
condensacioacuten El punto de condensacioacuten es la temperatura a la cual una nube se satura (no
puede retener maacutes humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia Las tormentas eleacutectricas son maacutes comunes en climas caacutelidos porque el punto de
condensacioacuten es alto las nubes pueden cargar maacutes humedad antes de llegar al punto de saturacioacuten y liberar el torrente de lluvia
Las nubes cumulonimbos crecen
hacia arriba y desarrollan cumbres
altiacutesimas que parecen yunques En
general las tormentas eleacutectricas provienen de esas nubes
Aire inestable el aire huacutemedo y ascendente no siempre genera tormentas eleacutectricas El
aire debe ser inestable Si el aire es estable el aire ascendente se enfriacutea maacutes que el aire a su alrededor y vuelve a descender y se evita asiacute la tormenta eleacutectrica Las masas de aire
inestable ascienden y se enfriacutean pero se mantienen maacutes calientes que el aire a su alrededor y por lo tanto continuacutean elevaacutendose El mecanismo de trasfondo es el calor
liberado por la condensacioacuten en una nube Debido a esto la masa de aire ascendente se mantiene maacutes caacutelida que el aire a su alrededor y continuacutea elevaacutendose El aire que asciende forma una corriente ascendente mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente
No debe haber topes a aproximadamente 3000 m (10000 pies) un tope es la parte superior de
una nube de conveccioacuten en donde el aire se estabiliza Si no hay topes a alrededor de
3000 m el aire inestable continuacutea elevaacutendose y esto permite que se desarrollen
tormentas eleacutectricas En este escenario de una masa de aire caacutelido ascendente las
tormentas eleacutectricas se forman en la masa de aire friacuteo inestable y huacutemedo que hay debajo de eacutesta Con un frente friacuteo ascendente las tormentas eleacutectricas se forman a lo largo de la liacutenea frontal y justo en frente de eacutesta
Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta Una corriente
ascendente hace que se desarrollen nubes altiacutesimas Cuando comienza a caer lluvia la corriente descendente desarrolla y forma raacutefagas de viento cerca de la tierra Finalmente
la corriente ascendente se rompe y la tormenta se termina La fuerza de la corriente ascendente y descendente determina la fuerza de la tormenta
Formacioacuten de las tormentas eleacutectricas
Los rayos son descargas eleacutectricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o
con la propia nube ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el
segundo descargas dentro de la nube siendo este el caso maacutes comuacuten
Todos los tipos de tormentas eleacutectricas (rayos y relaacutempagos) provienen principalmente
de nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente en presencia de una masa de aire caliente inestable que en presencia de una alta energiacutea sube
raacutepidamente Este ascenso es provocado por el enfrentamiento de dos frentes uno
caacutelido y uno friacuteo haciendo que el friacuteo por su mayor densidad y peso pase por abajo
del caacutelido y lo obligue a subir
Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el
rayo de luz visible que va desde el suelo hacia la nube Este rayo llega a velocidades
de 300000000 kiloacutemetros por hora
Las razones para las tormentas con lluvia o secas en esta eacutepoca del antildeo es la
inestabilidad de la atmoacutesfera
Formacioacuten del rayo
Relaacutempago del Catatumbo Zulia Venezuela La faacutebrica de ozono de la
Madre Naturaleza Este fenoacutemeno es capaz de producir 1176000 relaacutempagos
por antildeo produciendo el 10 de la capa de ozono del planeta
Coacutemo se inicia la descarga eleacutectrica sigue
siendo un tema de debate Los cientiacuteficos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones
atmosfeacutericas (viento humedad y presioacuten) hasta los efectos del viento solar
y a la acumulacioacuten de partiacuteculas solares cargadas7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo propiciando una separacioacuten de las cargas positivas y negativas
dentro de la nube
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcaacutenicas o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga
estaacutetica
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta asiacute como tambieacuten fuera de eacutestas y no necesariamente impactan en la tierra Este diagrama muestra los diferentes tipos de
rayos como asiacute tambieacuten el movimiento de aire y de la carga eleacutectrica de la tierra a la nube y viceversa
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
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Los campos magneacuteticos rodean a las corrientes eleacutectricas de modo que se supone que
esas corrientes eleacutectricas circulantes en el nuacutecleo fundido de la Tierra son el origen del
campo magneacutetico Un bucle de corriente genera un campo similar al de la Tierra La
magnitud del campo magneacutetico medido en la superficie de la Tierra es alrededor de
medio Gauss Las liacuteneas de fuerza entran en la Tierra por el hemisferio norte La
magnitud sobre la superficie de la Tierra variacutea en el rango de 03 a 06 Gauss
El campo magneacutetico de la Tierra se atribuye a un efecto dinamo de circulacioacuten de
corriente eleacutectrica pero su direccioacuten no es constante Muestras de rocas de diferentes
edades en lugares similares tienen diferentes direcciones de magnetizacioacuten permanente
Se han informado de evidencias de 171 reversiones del campo magneacutetico durante los
uacuteltimos 71 millones antildeos
Aunque los detalles del efecto
dinamo no se conocen la rotacioacuten de
la Tierra desempentildea un papel en la
generacioacuten de las corrientes que se
suponen que son la fuente del campo
magneacutetico La interaccioacuten del
campo magneacutetico terrestre con las
partiacuteculas del viento solar crea las
condiciones para los fenoacutemenos
de auroras cerca de los polos
El Efecto Dinamo
La simple pregunta iquestcoacutemo obtiene
la Tierra su campo magneacutetico no tiene una respuesta simple Parece claro que la
generacioacuten del campo magneacutetico estaacute relacionada con la rotacioacuten de la Tierra ya que
Venus con una similar composicioacuten de nuacutecleo de hierro pero con un periacuteodo de rotacioacuten
de 243 diacuteas terrestres no
tiene un campo magneacutetico
que pueda medirse
Ciertamente parece
plausible que depende de la
rotacioacuten del hierro metaacutelico
liacutequido que compone una
gran parte del interior de
ambos planetas El modelo
del conductor giratorio nos
lleva al efecto dinamo o geodinamo evocando la
imagen de un generador eleacutectrico
La conveccioacuten mueve el fluido del nuacutecleo exterior y lo
hace circular con relacioacuten a la Tierra Esto significa que
un material conductor de electricidad se esta moviendo
con respecto al campo magneacutetico de la Tierra Si por
alguna interaccioacuten como por ejemplo la friccioacuten entre
placas se obtiene una carga eleacutectrica entonces se
produce un bucle de corriente efectiva El campo
magneacutetico de un bucle de corriente podriacutea sostener el
campo magneacutetico de la Tierra de tipo de dipolo
magneacutetico Las modelaciones a gran escala en ordenadores estaacuten consiguiendo una
simulacioacuten realista de tal tipo de geodinamo
CORRIENTES TELUacuteRICAS
Alrededor de nuestro planeta existes unas
corrientes magneacuteticas que recorren la tierra de
norte a sur Estas corrientes magneacuteticas son
causadas por el nuacutecleo fundido de hierro (y otros
elementos) que circulan en el interior de la tierra
y que son las causantes de la llamada deriva
continental
Queacute es la corriente teluacuterica hay que saber primero que nuestro planeta tiene un campo
magneacutetico que se extiende desde el nuacutecleo hasta el espacio exterior donde se va
atenuando
Las corrientes teluacutericas son unas corrientes eleacutectricas que se mueve bajo tierra o a traveacutes
del oceacuteano Tienen una muy baja frecuencia y corren muy cerca de la superficie
terrestre
Relacionadas con la actividad de las tormentas eleacutectricas ya que la acumulacioacuten de
cargas eleacutectricas en la superficie terrestre convierte a una lluvia en una tormenta
eleacutectrica
Este campo tiene efectos
electromagneacuteticos que son los que crean
la magnetosfera una especie de capa
protectora magneacutetica que nos protege
del viento solar un flujo de partiacuteculas de
alta energiacutea que nos enviacutea nuestra
estrella el Sol
Tambieacuten se puede capturar algo de esa corriente eleacutectrica que transmiten que aunque
es miacutenima permite la creacioacuten de bateriacuteas terrestres o el aprovechamiento de la
electricidad terrestre En el siglo 18 se usaba estos sistemas para los teleacutegrafos
El Ombilicus Mundi u ombligo del mundo Que es el punto
desde el cual surgen y al cual convergen todas estas
corrientes teluacutericas Cuenta la leyenda que si alguien pudiese
encontrar ese centro podriacutea dominar la Tierra y cambiar su
forma a placer ya que se tendriacutea control completo sobre el
clima y sobre la tectoacutenica de placas
Estaacuten relacionadas con los llamados puntos teluacutericos los cuales seguacuten ideas esoteacutericas
son puntos de unioacuten que hasta podriacutean
permitir que se viaje entre ellos de forma
instantaacutenea Son los puntos donde se
unen las corrientes teluacutericas
TEORIacuteA ELEacuteCTRICA DE UNA
TORMENTA
Las tormentas son extremadamente
complejas y no existe un modelo
generalmente aceptado que pueda ser
utilizado para calcular la corriente
liberada por ellas en el circuito eleacutectrico
global Un modelo muy difundido
supone una distribucioacuten bipolar en la
nube con un nuacutecleo de cargas positivas
en la cima y otro de negativas en la base
Este modelo es el maacutes simple pero a la
vez el maacutes utilizado a la hora de explicar
el circuito eleacutectrico global
La gran mayoriacutea de las nubes que se forman en la atmoacutesfera se disipan sin producir ni
precipitacioacuten ni rayos Los iones que se mueven raacutepidamente dentro de la nube son
atrapados por partiacuteculas nubosas maacutes grandes de forma que decrece la conductividad
eleacutectrica de la nube con respecto al aire claro que le rodea de forma que la corriente de
buen tiempo queda alterada en las cercaniacuteas de la nube A medida que la actividad
convectiva en la nube aumenta la electrificacioacuten aumenta
La fuerte electrificacioacuten generalmente comienza con el desarrollo raacutepido tanto
horizontal como vertical de un cuacutemulo de buen tiempo a un cuacutemulo nimbo Entre la
superficie de la tierra y la nube se produciriacutea un ascenso de cargas positivas o un descenso
de negativas Por encima de la nube las tormentas aportariacutean cargas positivas que fluyen
hacia la ionosfera en forma de una Corriente de conduccioacuten
El raacutepido incremento de la conductividad eleacutectrica con la altura confina la corriente en
una columna vertical que fluye desde la tormenta hasta la ionosfera Parte de estas
corrientes ascendentes circulan influidas por el campo magneacutetico terrestre El campo
magneacutetico terrestre y la ionosfera redistribuyen la carga horizontalmente por todo el
globo Desde la ionosfera la corriente fluye hacia abajo como Corriente de buen tiempo
Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribucioacuten de carga en la nube que se aplica
en el circuito eleacutectrico global es el dipolar es interesante mostrar con un poco maacutes de
detalle las corrientes maacutes importantes que rodean a una nube convectiva asiacute como la
distribucioacuten de carga dentro de ella
Corrientes de conveccioacuten formadas por el transporte de partiacuteculas cargadas desde el
suelo a la base de la nube
Corrientes de precipitacioacuten producidas por el transporte de cargas hacia el suelo
positivas o negativas dependiendo de la zona de la nube de donde provenga la
precipitacioacuten
Corrientes puntuales o de corona cargas positivas que liberan los aacuterboles vegetacioacuten
y otros puntos sobre la tierra y que son atraiacutedas por el nuacutecleo principal de carga negativa
de la nube
Rayos descargas eleacutectricas producidas por el aumento de la diferencia de potencial entre
dos puntos de la nube o entre la nube y la superficie de la tierra
El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estaacutetica producida durante una
tormenta eleacutectrica generando un pulso electromagneacutetico La descarga eleacutectrica
precipitada del rayo es acompantildeada por la emisioacuten de luz (el relaacutempago) causada por
el paso de corriente eleacutectrica que ioniza las moleacuteculas de aire y por el sonido del trueno
desarrollado por la onda de choque La electricidad (corriente eleacutectrica) que pasa a traveacutes
de la atmoacutesfera calienta y expande raacutepidamente el aire produciendo el ruido
caracteriacutestico del trueno Los rayos se encuentran en estado plasmaacutetico
Elevacioacuten para que las nubes se formen el aire huacutemedo debe subir enfriarse y
condensarse La elevacioacuten es el mecanismo que hace que el aire suba y existen muchas maneras para que esto suceda Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire
sobre eacutesta ese aire se eleva y un aire maacutes friacuteo ocupa su lugar Cuando una masa de aire caacutelido se incorpora a una masa de aire friacuteo el aire caacutelido maacutes liviano se eleva y se coloca
por encima del aire friacuteo Un frente friacuteo ascendente hace lo contrario se desliza por debajo de la masa de aire caacutelido y lo obliga a elevarse
A medida que el aire caacutelido asciende se va enfriando y entonces desciende eacuteste es un
proceso llamado conveccioacuten Las corrientes de conveccioacuten dispersan la energiacutea termal (calor) en este caso el aire calentado El teacutermino teacutecnico
para una tormenta eleacutectrica compleja es sistema
convectivo de mesoescala
Humedad eacuteste es un ingrediente esencial en
todos los sistemas climaacuteticos El aire ascendente no formaraacute nubes si es seco Las nubes
cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de lluvia de tormenta o tormentosas) estaacuten
cargadas de humedad en forma de vapor de agua Se forman a medida que el aire caacutelido se
eleva y luego se enfriacutea hasta llegar al punto de
condensacioacuten El punto de condensacioacuten es la temperatura a la cual una nube se satura (no
puede retener maacutes humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia Las tormentas eleacutectricas son maacutes comunes en climas caacutelidos porque el punto de
condensacioacuten es alto las nubes pueden cargar maacutes humedad antes de llegar al punto de saturacioacuten y liberar el torrente de lluvia
Las nubes cumulonimbos crecen
hacia arriba y desarrollan cumbres
altiacutesimas que parecen yunques En
general las tormentas eleacutectricas provienen de esas nubes
Aire inestable el aire huacutemedo y ascendente no siempre genera tormentas eleacutectricas El
aire debe ser inestable Si el aire es estable el aire ascendente se enfriacutea maacutes que el aire a su alrededor y vuelve a descender y se evita asiacute la tormenta eleacutectrica Las masas de aire
inestable ascienden y se enfriacutean pero se mantienen maacutes calientes que el aire a su alrededor y por lo tanto continuacutean elevaacutendose El mecanismo de trasfondo es el calor
liberado por la condensacioacuten en una nube Debido a esto la masa de aire ascendente se mantiene maacutes caacutelida que el aire a su alrededor y continuacutea elevaacutendose El aire que asciende forma una corriente ascendente mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente
No debe haber topes a aproximadamente 3000 m (10000 pies) un tope es la parte superior de
una nube de conveccioacuten en donde el aire se estabiliza Si no hay topes a alrededor de
3000 m el aire inestable continuacutea elevaacutendose y esto permite que se desarrollen
tormentas eleacutectricas En este escenario de una masa de aire caacutelido ascendente las
tormentas eleacutectricas se forman en la masa de aire friacuteo inestable y huacutemedo que hay debajo de eacutesta Con un frente friacuteo ascendente las tormentas eleacutectricas se forman a lo largo de la liacutenea frontal y justo en frente de eacutesta
Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta Una corriente
ascendente hace que se desarrollen nubes altiacutesimas Cuando comienza a caer lluvia la corriente descendente desarrolla y forma raacutefagas de viento cerca de la tierra Finalmente
la corriente ascendente se rompe y la tormenta se termina La fuerza de la corriente ascendente y descendente determina la fuerza de la tormenta
Formacioacuten de las tormentas eleacutectricas
Los rayos son descargas eleacutectricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o
con la propia nube ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el
segundo descargas dentro de la nube siendo este el caso maacutes comuacuten
Todos los tipos de tormentas eleacutectricas (rayos y relaacutempagos) provienen principalmente
de nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente en presencia de una masa de aire caliente inestable que en presencia de una alta energiacutea sube
raacutepidamente Este ascenso es provocado por el enfrentamiento de dos frentes uno
caacutelido y uno friacuteo haciendo que el friacuteo por su mayor densidad y peso pase por abajo
del caacutelido y lo obligue a subir
Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el
rayo de luz visible que va desde el suelo hacia la nube Este rayo llega a velocidades
de 300000000 kiloacutemetros por hora
Las razones para las tormentas con lluvia o secas en esta eacutepoca del antildeo es la
inestabilidad de la atmoacutesfera
Formacioacuten del rayo
Relaacutempago del Catatumbo Zulia Venezuela La faacutebrica de ozono de la
Madre Naturaleza Este fenoacutemeno es capaz de producir 1176000 relaacutempagos
por antildeo produciendo el 10 de la capa de ozono del planeta
Coacutemo se inicia la descarga eleacutectrica sigue
siendo un tema de debate Los cientiacuteficos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones
atmosfeacutericas (viento humedad y presioacuten) hasta los efectos del viento solar
y a la acumulacioacuten de partiacuteculas solares cargadas7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo propiciando una separacioacuten de las cargas positivas y negativas
dentro de la nube
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcaacutenicas o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga
estaacutetica
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta asiacute como tambieacuten fuera de eacutestas y no necesariamente impactan en la tierra Este diagrama muestra los diferentes tipos de
rayos como asiacute tambieacuten el movimiento de aire y de la carga eleacutectrica de la tierra a la nube y viceversa
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
lleva al efecto dinamo o geodinamo evocando la
imagen de un generador eleacutectrico
La conveccioacuten mueve el fluido del nuacutecleo exterior y lo
hace circular con relacioacuten a la Tierra Esto significa que
un material conductor de electricidad se esta moviendo
con respecto al campo magneacutetico de la Tierra Si por
alguna interaccioacuten como por ejemplo la friccioacuten entre
placas se obtiene una carga eleacutectrica entonces se
produce un bucle de corriente efectiva El campo
magneacutetico de un bucle de corriente podriacutea sostener el
campo magneacutetico de la Tierra de tipo de dipolo
magneacutetico Las modelaciones a gran escala en ordenadores estaacuten consiguiendo una
simulacioacuten realista de tal tipo de geodinamo
CORRIENTES TELUacuteRICAS
Alrededor de nuestro planeta existes unas
corrientes magneacuteticas que recorren la tierra de
norte a sur Estas corrientes magneacuteticas son
causadas por el nuacutecleo fundido de hierro (y otros
elementos) que circulan en el interior de la tierra
y que son las causantes de la llamada deriva
continental
Queacute es la corriente teluacuterica hay que saber primero que nuestro planeta tiene un campo
magneacutetico que se extiende desde el nuacutecleo hasta el espacio exterior donde se va
atenuando
Las corrientes teluacutericas son unas corrientes eleacutectricas que se mueve bajo tierra o a traveacutes
del oceacuteano Tienen una muy baja frecuencia y corren muy cerca de la superficie
terrestre
Relacionadas con la actividad de las tormentas eleacutectricas ya que la acumulacioacuten de
cargas eleacutectricas en la superficie terrestre convierte a una lluvia en una tormenta
eleacutectrica
Este campo tiene efectos
electromagneacuteticos que son los que crean
la magnetosfera una especie de capa
protectora magneacutetica que nos protege
del viento solar un flujo de partiacuteculas de
alta energiacutea que nos enviacutea nuestra
estrella el Sol
Tambieacuten se puede capturar algo de esa corriente eleacutectrica que transmiten que aunque
es miacutenima permite la creacioacuten de bateriacuteas terrestres o el aprovechamiento de la
electricidad terrestre En el siglo 18 se usaba estos sistemas para los teleacutegrafos
El Ombilicus Mundi u ombligo del mundo Que es el punto
desde el cual surgen y al cual convergen todas estas
corrientes teluacutericas Cuenta la leyenda que si alguien pudiese
encontrar ese centro podriacutea dominar la Tierra y cambiar su
forma a placer ya que se tendriacutea control completo sobre el
clima y sobre la tectoacutenica de placas
Estaacuten relacionadas con los llamados puntos teluacutericos los cuales seguacuten ideas esoteacutericas
son puntos de unioacuten que hasta podriacutean
permitir que se viaje entre ellos de forma
instantaacutenea Son los puntos donde se
unen las corrientes teluacutericas
TEORIacuteA ELEacuteCTRICA DE UNA
TORMENTA
Las tormentas son extremadamente
complejas y no existe un modelo
generalmente aceptado que pueda ser
utilizado para calcular la corriente
liberada por ellas en el circuito eleacutectrico
global Un modelo muy difundido
supone una distribucioacuten bipolar en la
nube con un nuacutecleo de cargas positivas
en la cima y otro de negativas en la base
Este modelo es el maacutes simple pero a la
vez el maacutes utilizado a la hora de explicar
el circuito eleacutectrico global
La gran mayoriacutea de las nubes que se forman en la atmoacutesfera se disipan sin producir ni
precipitacioacuten ni rayos Los iones que se mueven raacutepidamente dentro de la nube son
atrapados por partiacuteculas nubosas maacutes grandes de forma que decrece la conductividad
eleacutectrica de la nube con respecto al aire claro que le rodea de forma que la corriente de
buen tiempo queda alterada en las cercaniacuteas de la nube A medida que la actividad
convectiva en la nube aumenta la electrificacioacuten aumenta
La fuerte electrificacioacuten generalmente comienza con el desarrollo raacutepido tanto
horizontal como vertical de un cuacutemulo de buen tiempo a un cuacutemulo nimbo Entre la
superficie de la tierra y la nube se produciriacutea un ascenso de cargas positivas o un descenso
de negativas Por encima de la nube las tormentas aportariacutean cargas positivas que fluyen
hacia la ionosfera en forma de una Corriente de conduccioacuten
El raacutepido incremento de la conductividad eleacutectrica con la altura confina la corriente en
una columna vertical que fluye desde la tormenta hasta la ionosfera Parte de estas
corrientes ascendentes circulan influidas por el campo magneacutetico terrestre El campo
magneacutetico terrestre y la ionosfera redistribuyen la carga horizontalmente por todo el
globo Desde la ionosfera la corriente fluye hacia abajo como Corriente de buen tiempo
Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribucioacuten de carga en la nube que se aplica
en el circuito eleacutectrico global es el dipolar es interesante mostrar con un poco maacutes de
detalle las corrientes maacutes importantes que rodean a una nube convectiva asiacute como la
distribucioacuten de carga dentro de ella
Corrientes de conveccioacuten formadas por el transporte de partiacuteculas cargadas desde el
suelo a la base de la nube
Corrientes de precipitacioacuten producidas por el transporte de cargas hacia el suelo
positivas o negativas dependiendo de la zona de la nube de donde provenga la
precipitacioacuten
Corrientes puntuales o de corona cargas positivas que liberan los aacuterboles vegetacioacuten
y otros puntos sobre la tierra y que son atraiacutedas por el nuacutecleo principal de carga negativa
de la nube
Rayos descargas eleacutectricas producidas por el aumento de la diferencia de potencial entre
dos puntos de la nube o entre la nube y la superficie de la tierra
El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estaacutetica producida durante una
tormenta eleacutectrica generando un pulso electromagneacutetico La descarga eleacutectrica
precipitada del rayo es acompantildeada por la emisioacuten de luz (el relaacutempago) causada por
el paso de corriente eleacutectrica que ioniza las moleacuteculas de aire y por el sonido del trueno
desarrollado por la onda de choque La electricidad (corriente eleacutectrica) que pasa a traveacutes
de la atmoacutesfera calienta y expande raacutepidamente el aire produciendo el ruido
caracteriacutestico del trueno Los rayos se encuentran en estado plasmaacutetico
Elevacioacuten para que las nubes se formen el aire huacutemedo debe subir enfriarse y
condensarse La elevacioacuten es el mecanismo que hace que el aire suba y existen muchas maneras para que esto suceda Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire
sobre eacutesta ese aire se eleva y un aire maacutes friacuteo ocupa su lugar Cuando una masa de aire caacutelido se incorpora a una masa de aire friacuteo el aire caacutelido maacutes liviano se eleva y se coloca
por encima del aire friacuteo Un frente friacuteo ascendente hace lo contrario se desliza por debajo de la masa de aire caacutelido y lo obliga a elevarse
A medida que el aire caacutelido asciende se va enfriando y entonces desciende eacuteste es un
proceso llamado conveccioacuten Las corrientes de conveccioacuten dispersan la energiacutea termal (calor) en este caso el aire calentado El teacutermino teacutecnico
para una tormenta eleacutectrica compleja es sistema
convectivo de mesoescala
Humedad eacuteste es un ingrediente esencial en
todos los sistemas climaacuteticos El aire ascendente no formaraacute nubes si es seco Las nubes
cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de lluvia de tormenta o tormentosas) estaacuten
cargadas de humedad en forma de vapor de agua Se forman a medida que el aire caacutelido se
eleva y luego se enfriacutea hasta llegar al punto de
condensacioacuten El punto de condensacioacuten es la temperatura a la cual una nube se satura (no
puede retener maacutes humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia Las tormentas eleacutectricas son maacutes comunes en climas caacutelidos porque el punto de
condensacioacuten es alto las nubes pueden cargar maacutes humedad antes de llegar al punto de saturacioacuten y liberar el torrente de lluvia
Las nubes cumulonimbos crecen
hacia arriba y desarrollan cumbres
altiacutesimas que parecen yunques En
general las tormentas eleacutectricas provienen de esas nubes
Aire inestable el aire huacutemedo y ascendente no siempre genera tormentas eleacutectricas El
aire debe ser inestable Si el aire es estable el aire ascendente se enfriacutea maacutes que el aire a su alrededor y vuelve a descender y se evita asiacute la tormenta eleacutectrica Las masas de aire
inestable ascienden y se enfriacutean pero se mantienen maacutes calientes que el aire a su alrededor y por lo tanto continuacutean elevaacutendose El mecanismo de trasfondo es el calor
liberado por la condensacioacuten en una nube Debido a esto la masa de aire ascendente se mantiene maacutes caacutelida que el aire a su alrededor y continuacutea elevaacutendose El aire que asciende forma una corriente ascendente mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente
No debe haber topes a aproximadamente 3000 m (10000 pies) un tope es la parte superior de
una nube de conveccioacuten en donde el aire se estabiliza Si no hay topes a alrededor de
3000 m el aire inestable continuacutea elevaacutendose y esto permite que se desarrollen
tormentas eleacutectricas En este escenario de una masa de aire caacutelido ascendente las
tormentas eleacutectricas se forman en la masa de aire friacuteo inestable y huacutemedo que hay debajo de eacutesta Con un frente friacuteo ascendente las tormentas eleacutectricas se forman a lo largo de la liacutenea frontal y justo en frente de eacutesta
Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta Una corriente
ascendente hace que se desarrollen nubes altiacutesimas Cuando comienza a caer lluvia la corriente descendente desarrolla y forma raacutefagas de viento cerca de la tierra Finalmente
la corriente ascendente se rompe y la tormenta se termina La fuerza de la corriente ascendente y descendente determina la fuerza de la tormenta
Formacioacuten de las tormentas eleacutectricas
Los rayos son descargas eleacutectricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o
con la propia nube ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el
segundo descargas dentro de la nube siendo este el caso maacutes comuacuten
Todos los tipos de tormentas eleacutectricas (rayos y relaacutempagos) provienen principalmente
de nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente en presencia de una masa de aire caliente inestable que en presencia de una alta energiacutea sube
raacutepidamente Este ascenso es provocado por el enfrentamiento de dos frentes uno
caacutelido y uno friacuteo haciendo que el friacuteo por su mayor densidad y peso pase por abajo
del caacutelido y lo obligue a subir
Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el
rayo de luz visible que va desde el suelo hacia la nube Este rayo llega a velocidades
de 300000000 kiloacutemetros por hora
Las razones para las tormentas con lluvia o secas en esta eacutepoca del antildeo es la
inestabilidad de la atmoacutesfera
Formacioacuten del rayo
Relaacutempago del Catatumbo Zulia Venezuela La faacutebrica de ozono de la
Madre Naturaleza Este fenoacutemeno es capaz de producir 1176000 relaacutempagos
por antildeo produciendo el 10 de la capa de ozono del planeta
Coacutemo se inicia la descarga eleacutectrica sigue
siendo un tema de debate Los cientiacuteficos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones
atmosfeacutericas (viento humedad y presioacuten) hasta los efectos del viento solar
y a la acumulacioacuten de partiacuteculas solares cargadas7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo propiciando una separacioacuten de las cargas positivas y negativas
dentro de la nube
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcaacutenicas o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga
estaacutetica
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta asiacute como tambieacuten fuera de eacutestas y no necesariamente impactan en la tierra Este diagrama muestra los diferentes tipos de
rayos como asiacute tambieacuten el movimiento de aire y de la carga eleacutectrica de la tierra a la nube y viceversa
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
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1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
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httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Este campo tiene efectos
electromagneacuteticos que son los que crean
la magnetosfera una especie de capa
protectora magneacutetica que nos protege
del viento solar un flujo de partiacuteculas de
alta energiacutea que nos enviacutea nuestra
estrella el Sol
Tambieacuten se puede capturar algo de esa corriente eleacutectrica que transmiten que aunque
es miacutenima permite la creacioacuten de bateriacuteas terrestres o el aprovechamiento de la
electricidad terrestre En el siglo 18 se usaba estos sistemas para los teleacutegrafos
El Ombilicus Mundi u ombligo del mundo Que es el punto
desde el cual surgen y al cual convergen todas estas
corrientes teluacutericas Cuenta la leyenda que si alguien pudiese
encontrar ese centro podriacutea dominar la Tierra y cambiar su
forma a placer ya que se tendriacutea control completo sobre el
clima y sobre la tectoacutenica de placas
Estaacuten relacionadas con los llamados puntos teluacutericos los cuales seguacuten ideas esoteacutericas
son puntos de unioacuten que hasta podriacutean
permitir que se viaje entre ellos de forma
instantaacutenea Son los puntos donde se
unen las corrientes teluacutericas
TEORIacuteA ELEacuteCTRICA DE UNA
TORMENTA
Las tormentas son extremadamente
complejas y no existe un modelo
generalmente aceptado que pueda ser
utilizado para calcular la corriente
liberada por ellas en el circuito eleacutectrico
global Un modelo muy difundido
supone una distribucioacuten bipolar en la
nube con un nuacutecleo de cargas positivas
en la cima y otro de negativas en la base
Este modelo es el maacutes simple pero a la
vez el maacutes utilizado a la hora de explicar
el circuito eleacutectrico global
La gran mayoriacutea de las nubes que se forman en la atmoacutesfera se disipan sin producir ni
precipitacioacuten ni rayos Los iones que se mueven raacutepidamente dentro de la nube son
atrapados por partiacuteculas nubosas maacutes grandes de forma que decrece la conductividad
eleacutectrica de la nube con respecto al aire claro que le rodea de forma que la corriente de
buen tiempo queda alterada en las cercaniacuteas de la nube A medida que la actividad
convectiva en la nube aumenta la electrificacioacuten aumenta
La fuerte electrificacioacuten generalmente comienza con el desarrollo raacutepido tanto
horizontal como vertical de un cuacutemulo de buen tiempo a un cuacutemulo nimbo Entre la
superficie de la tierra y la nube se produciriacutea un ascenso de cargas positivas o un descenso
de negativas Por encima de la nube las tormentas aportariacutean cargas positivas que fluyen
hacia la ionosfera en forma de una Corriente de conduccioacuten
El raacutepido incremento de la conductividad eleacutectrica con la altura confina la corriente en
una columna vertical que fluye desde la tormenta hasta la ionosfera Parte de estas
corrientes ascendentes circulan influidas por el campo magneacutetico terrestre El campo
magneacutetico terrestre y la ionosfera redistribuyen la carga horizontalmente por todo el
globo Desde la ionosfera la corriente fluye hacia abajo como Corriente de buen tiempo
Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribucioacuten de carga en la nube que se aplica
en el circuito eleacutectrico global es el dipolar es interesante mostrar con un poco maacutes de
detalle las corrientes maacutes importantes que rodean a una nube convectiva asiacute como la
distribucioacuten de carga dentro de ella
Corrientes de conveccioacuten formadas por el transporte de partiacuteculas cargadas desde el
suelo a la base de la nube
Corrientes de precipitacioacuten producidas por el transporte de cargas hacia el suelo
positivas o negativas dependiendo de la zona de la nube de donde provenga la
precipitacioacuten
Corrientes puntuales o de corona cargas positivas que liberan los aacuterboles vegetacioacuten
y otros puntos sobre la tierra y que son atraiacutedas por el nuacutecleo principal de carga negativa
de la nube
Rayos descargas eleacutectricas producidas por el aumento de la diferencia de potencial entre
dos puntos de la nube o entre la nube y la superficie de la tierra
El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estaacutetica producida durante una
tormenta eleacutectrica generando un pulso electromagneacutetico La descarga eleacutectrica
precipitada del rayo es acompantildeada por la emisioacuten de luz (el relaacutempago) causada por
el paso de corriente eleacutectrica que ioniza las moleacuteculas de aire y por el sonido del trueno
desarrollado por la onda de choque La electricidad (corriente eleacutectrica) que pasa a traveacutes
de la atmoacutesfera calienta y expande raacutepidamente el aire produciendo el ruido
caracteriacutestico del trueno Los rayos se encuentran en estado plasmaacutetico
Elevacioacuten para que las nubes se formen el aire huacutemedo debe subir enfriarse y
condensarse La elevacioacuten es el mecanismo que hace que el aire suba y existen muchas maneras para que esto suceda Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire
sobre eacutesta ese aire se eleva y un aire maacutes friacuteo ocupa su lugar Cuando una masa de aire caacutelido se incorpora a una masa de aire friacuteo el aire caacutelido maacutes liviano se eleva y se coloca
por encima del aire friacuteo Un frente friacuteo ascendente hace lo contrario se desliza por debajo de la masa de aire caacutelido y lo obliga a elevarse
A medida que el aire caacutelido asciende se va enfriando y entonces desciende eacuteste es un
proceso llamado conveccioacuten Las corrientes de conveccioacuten dispersan la energiacutea termal (calor) en este caso el aire calentado El teacutermino teacutecnico
para una tormenta eleacutectrica compleja es sistema
convectivo de mesoescala
Humedad eacuteste es un ingrediente esencial en
todos los sistemas climaacuteticos El aire ascendente no formaraacute nubes si es seco Las nubes
cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de lluvia de tormenta o tormentosas) estaacuten
cargadas de humedad en forma de vapor de agua Se forman a medida que el aire caacutelido se
eleva y luego se enfriacutea hasta llegar al punto de
condensacioacuten El punto de condensacioacuten es la temperatura a la cual una nube se satura (no
puede retener maacutes humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia Las tormentas eleacutectricas son maacutes comunes en climas caacutelidos porque el punto de
condensacioacuten es alto las nubes pueden cargar maacutes humedad antes de llegar al punto de saturacioacuten y liberar el torrente de lluvia
Las nubes cumulonimbos crecen
hacia arriba y desarrollan cumbres
altiacutesimas que parecen yunques En
general las tormentas eleacutectricas provienen de esas nubes
Aire inestable el aire huacutemedo y ascendente no siempre genera tormentas eleacutectricas El
aire debe ser inestable Si el aire es estable el aire ascendente se enfriacutea maacutes que el aire a su alrededor y vuelve a descender y se evita asiacute la tormenta eleacutectrica Las masas de aire
inestable ascienden y se enfriacutean pero se mantienen maacutes calientes que el aire a su alrededor y por lo tanto continuacutean elevaacutendose El mecanismo de trasfondo es el calor
liberado por la condensacioacuten en una nube Debido a esto la masa de aire ascendente se mantiene maacutes caacutelida que el aire a su alrededor y continuacutea elevaacutendose El aire que asciende forma una corriente ascendente mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente
No debe haber topes a aproximadamente 3000 m (10000 pies) un tope es la parte superior de
una nube de conveccioacuten en donde el aire se estabiliza Si no hay topes a alrededor de
3000 m el aire inestable continuacutea elevaacutendose y esto permite que se desarrollen
tormentas eleacutectricas En este escenario de una masa de aire caacutelido ascendente las
tormentas eleacutectricas se forman en la masa de aire friacuteo inestable y huacutemedo que hay debajo de eacutesta Con un frente friacuteo ascendente las tormentas eleacutectricas se forman a lo largo de la liacutenea frontal y justo en frente de eacutesta
Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta Una corriente
ascendente hace que se desarrollen nubes altiacutesimas Cuando comienza a caer lluvia la corriente descendente desarrolla y forma raacutefagas de viento cerca de la tierra Finalmente
la corriente ascendente se rompe y la tormenta se termina La fuerza de la corriente ascendente y descendente determina la fuerza de la tormenta
Formacioacuten de las tormentas eleacutectricas
Los rayos son descargas eleacutectricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o
con la propia nube ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el
segundo descargas dentro de la nube siendo este el caso maacutes comuacuten
Todos los tipos de tormentas eleacutectricas (rayos y relaacutempagos) provienen principalmente
de nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente en presencia de una masa de aire caliente inestable que en presencia de una alta energiacutea sube
raacutepidamente Este ascenso es provocado por el enfrentamiento de dos frentes uno
caacutelido y uno friacuteo haciendo que el friacuteo por su mayor densidad y peso pase por abajo
del caacutelido y lo obligue a subir
Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el
rayo de luz visible que va desde el suelo hacia la nube Este rayo llega a velocidades
de 300000000 kiloacutemetros por hora
Las razones para las tormentas con lluvia o secas en esta eacutepoca del antildeo es la
inestabilidad de la atmoacutesfera
Formacioacuten del rayo
Relaacutempago del Catatumbo Zulia Venezuela La faacutebrica de ozono de la
Madre Naturaleza Este fenoacutemeno es capaz de producir 1176000 relaacutempagos
por antildeo produciendo el 10 de la capa de ozono del planeta
Coacutemo se inicia la descarga eleacutectrica sigue
siendo un tema de debate Los cientiacuteficos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones
atmosfeacutericas (viento humedad y presioacuten) hasta los efectos del viento solar
y a la acumulacioacuten de partiacuteculas solares cargadas7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo propiciando una separacioacuten de las cargas positivas y negativas
dentro de la nube
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcaacutenicas o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga
estaacutetica
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta asiacute como tambieacuten fuera de eacutestas y no necesariamente impactan en la tierra Este diagrama muestra los diferentes tipos de
rayos como asiacute tambieacuten el movimiento de aire y de la carga eleacutectrica de la tierra a la nube y viceversa
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
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httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
La gran mayoriacutea de las nubes que se forman en la atmoacutesfera se disipan sin producir ni
precipitacioacuten ni rayos Los iones que se mueven raacutepidamente dentro de la nube son
atrapados por partiacuteculas nubosas maacutes grandes de forma que decrece la conductividad
eleacutectrica de la nube con respecto al aire claro que le rodea de forma que la corriente de
buen tiempo queda alterada en las cercaniacuteas de la nube A medida que la actividad
convectiva en la nube aumenta la electrificacioacuten aumenta
La fuerte electrificacioacuten generalmente comienza con el desarrollo raacutepido tanto
horizontal como vertical de un cuacutemulo de buen tiempo a un cuacutemulo nimbo Entre la
superficie de la tierra y la nube se produciriacutea un ascenso de cargas positivas o un descenso
de negativas Por encima de la nube las tormentas aportariacutean cargas positivas que fluyen
hacia la ionosfera en forma de una Corriente de conduccioacuten
El raacutepido incremento de la conductividad eleacutectrica con la altura confina la corriente en
una columna vertical que fluye desde la tormenta hasta la ionosfera Parte de estas
corrientes ascendentes circulan influidas por el campo magneacutetico terrestre El campo
magneacutetico terrestre y la ionosfera redistribuyen la carga horizontalmente por todo el
globo Desde la ionosfera la corriente fluye hacia abajo como Corriente de buen tiempo
Aunque como ya se ha dicho el modelo de distribucioacuten de carga en la nube que se aplica
en el circuito eleacutectrico global es el dipolar es interesante mostrar con un poco maacutes de
detalle las corrientes maacutes importantes que rodean a una nube convectiva asiacute como la
distribucioacuten de carga dentro de ella
Corrientes de conveccioacuten formadas por el transporte de partiacuteculas cargadas desde el
suelo a la base de la nube
Corrientes de precipitacioacuten producidas por el transporte de cargas hacia el suelo
positivas o negativas dependiendo de la zona de la nube de donde provenga la
precipitacioacuten
Corrientes puntuales o de corona cargas positivas que liberan los aacuterboles vegetacioacuten
y otros puntos sobre la tierra y que son atraiacutedas por el nuacutecleo principal de carga negativa
de la nube
Rayos descargas eleacutectricas producidas por el aumento de la diferencia de potencial entre
dos puntos de la nube o entre la nube y la superficie de la tierra
El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estaacutetica producida durante una
tormenta eleacutectrica generando un pulso electromagneacutetico La descarga eleacutectrica
precipitada del rayo es acompantildeada por la emisioacuten de luz (el relaacutempago) causada por
el paso de corriente eleacutectrica que ioniza las moleacuteculas de aire y por el sonido del trueno
desarrollado por la onda de choque La electricidad (corriente eleacutectrica) que pasa a traveacutes
de la atmoacutesfera calienta y expande raacutepidamente el aire produciendo el ruido
caracteriacutestico del trueno Los rayos se encuentran en estado plasmaacutetico
Elevacioacuten para que las nubes se formen el aire huacutemedo debe subir enfriarse y
condensarse La elevacioacuten es el mecanismo que hace que el aire suba y existen muchas maneras para que esto suceda Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire
sobre eacutesta ese aire se eleva y un aire maacutes friacuteo ocupa su lugar Cuando una masa de aire caacutelido se incorpora a una masa de aire friacuteo el aire caacutelido maacutes liviano se eleva y se coloca
por encima del aire friacuteo Un frente friacuteo ascendente hace lo contrario se desliza por debajo de la masa de aire caacutelido y lo obliga a elevarse
A medida que el aire caacutelido asciende se va enfriando y entonces desciende eacuteste es un
proceso llamado conveccioacuten Las corrientes de conveccioacuten dispersan la energiacutea termal (calor) en este caso el aire calentado El teacutermino teacutecnico
para una tormenta eleacutectrica compleja es sistema
convectivo de mesoescala
Humedad eacuteste es un ingrediente esencial en
todos los sistemas climaacuteticos El aire ascendente no formaraacute nubes si es seco Las nubes
cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de lluvia de tormenta o tormentosas) estaacuten
cargadas de humedad en forma de vapor de agua Se forman a medida que el aire caacutelido se
eleva y luego se enfriacutea hasta llegar al punto de
condensacioacuten El punto de condensacioacuten es la temperatura a la cual una nube se satura (no
puede retener maacutes humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia Las tormentas eleacutectricas son maacutes comunes en climas caacutelidos porque el punto de
condensacioacuten es alto las nubes pueden cargar maacutes humedad antes de llegar al punto de saturacioacuten y liberar el torrente de lluvia
Las nubes cumulonimbos crecen
hacia arriba y desarrollan cumbres
altiacutesimas que parecen yunques En
general las tormentas eleacutectricas provienen de esas nubes
Aire inestable el aire huacutemedo y ascendente no siempre genera tormentas eleacutectricas El
aire debe ser inestable Si el aire es estable el aire ascendente se enfriacutea maacutes que el aire a su alrededor y vuelve a descender y se evita asiacute la tormenta eleacutectrica Las masas de aire
inestable ascienden y se enfriacutean pero se mantienen maacutes calientes que el aire a su alrededor y por lo tanto continuacutean elevaacutendose El mecanismo de trasfondo es el calor
liberado por la condensacioacuten en una nube Debido a esto la masa de aire ascendente se mantiene maacutes caacutelida que el aire a su alrededor y continuacutea elevaacutendose El aire que asciende forma una corriente ascendente mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente
No debe haber topes a aproximadamente 3000 m (10000 pies) un tope es la parte superior de
una nube de conveccioacuten en donde el aire se estabiliza Si no hay topes a alrededor de
3000 m el aire inestable continuacutea elevaacutendose y esto permite que se desarrollen
tormentas eleacutectricas En este escenario de una masa de aire caacutelido ascendente las
tormentas eleacutectricas se forman en la masa de aire friacuteo inestable y huacutemedo que hay debajo de eacutesta Con un frente friacuteo ascendente las tormentas eleacutectricas se forman a lo largo de la liacutenea frontal y justo en frente de eacutesta
Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta Una corriente
ascendente hace que se desarrollen nubes altiacutesimas Cuando comienza a caer lluvia la corriente descendente desarrolla y forma raacutefagas de viento cerca de la tierra Finalmente
la corriente ascendente se rompe y la tormenta se termina La fuerza de la corriente ascendente y descendente determina la fuerza de la tormenta
Formacioacuten de las tormentas eleacutectricas
Los rayos son descargas eleacutectricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o
con la propia nube ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el
segundo descargas dentro de la nube siendo este el caso maacutes comuacuten
Todos los tipos de tormentas eleacutectricas (rayos y relaacutempagos) provienen principalmente
de nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente en presencia de una masa de aire caliente inestable que en presencia de una alta energiacutea sube
raacutepidamente Este ascenso es provocado por el enfrentamiento de dos frentes uno
caacutelido y uno friacuteo haciendo que el friacuteo por su mayor densidad y peso pase por abajo
del caacutelido y lo obligue a subir
Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el
rayo de luz visible que va desde el suelo hacia la nube Este rayo llega a velocidades
de 300000000 kiloacutemetros por hora
Las razones para las tormentas con lluvia o secas en esta eacutepoca del antildeo es la
inestabilidad de la atmoacutesfera
Formacioacuten del rayo
Relaacutempago del Catatumbo Zulia Venezuela La faacutebrica de ozono de la
Madre Naturaleza Este fenoacutemeno es capaz de producir 1176000 relaacutempagos
por antildeo produciendo el 10 de la capa de ozono del planeta
Coacutemo se inicia la descarga eleacutectrica sigue
siendo un tema de debate Los cientiacuteficos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones
atmosfeacutericas (viento humedad y presioacuten) hasta los efectos del viento solar
y a la acumulacioacuten de partiacuteculas solares cargadas7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo propiciando una separacioacuten de las cargas positivas y negativas
dentro de la nube
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcaacutenicas o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga
estaacutetica
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta asiacute como tambieacuten fuera de eacutestas y no necesariamente impactan en la tierra Este diagrama muestra los diferentes tipos de
rayos como asiacute tambieacuten el movimiento de aire y de la carga eleacutectrica de la tierra a la nube y viceversa
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
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1polarizacion-inducida
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httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Corrientes puntuales o de corona cargas positivas que liberan los aacuterboles vegetacioacuten
y otros puntos sobre la tierra y que son atraiacutedas por el nuacutecleo principal de carga negativa
de la nube
Rayos descargas eleacutectricas producidas por el aumento de la diferencia de potencial entre
dos puntos de la nube o entre la nube y la superficie de la tierra
El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estaacutetica producida durante una
tormenta eleacutectrica generando un pulso electromagneacutetico La descarga eleacutectrica
precipitada del rayo es acompantildeada por la emisioacuten de luz (el relaacutempago) causada por
el paso de corriente eleacutectrica que ioniza las moleacuteculas de aire y por el sonido del trueno
desarrollado por la onda de choque La electricidad (corriente eleacutectrica) que pasa a traveacutes
de la atmoacutesfera calienta y expande raacutepidamente el aire produciendo el ruido
caracteriacutestico del trueno Los rayos se encuentran en estado plasmaacutetico
Elevacioacuten para que las nubes se formen el aire huacutemedo debe subir enfriarse y
condensarse La elevacioacuten es el mecanismo que hace que el aire suba y existen muchas maneras para que esto suceda Cuando el sol calienta la tierra y la tierra calienta el aire
sobre eacutesta ese aire se eleva y un aire maacutes friacuteo ocupa su lugar Cuando una masa de aire caacutelido se incorpora a una masa de aire friacuteo el aire caacutelido maacutes liviano se eleva y se coloca
por encima del aire friacuteo Un frente friacuteo ascendente hace lo contrario se desliza por debajo de la masa de aire caacutelido y lo obliga a elevarse
A medida que el aire caacutelido asciende se va enfriando y entonces desciende eacuteste es un
proceso llamado conveccioacuten Las corrientes de conveccioacuten dispersan la energiacutea termal (calor) en este caso el aire calentado El teacutermino teacutecnico
para una tormenta eleacutectrica compleja es sistema
convectivo de mesoescala
Humedad eacuteste es un ingrediente esencial en
todos los sistemas climaacuteticos El aire ascendente no formaraacute nubes si es seco Las nubes
cumulonimbos (popularmente llamadas nubes de lluvia de tormenta o tormentosas) estaacuten
cargadas de humedad en forma de vapor de agua Se forman a medida que el aire caacutelido se
eleva y luego se enfriacutea hasta llegar al punto de
condensacioacuten El punto de condensacioacuten es la temperatura a la cual una nube se satura (no
puede retener maacutes humedad) y el vapor de agua comienza a condensarse en forma de lluvia Las tormentas eleacutectricas son maacutes comunes en climas caacutelidos porque el punto de
condensacioacuten es alto las nubes pueden cargar maacutes humedad antes de llegar al punto de saturacioacuten y liberar el torrente de lluvia
Las nubes cumulonimbos crecen
hacia arriba y desarrollan cumbres
altiacutesimas que parecen yunques En
general las tormentas eleacutectricas provienen de esas nubes
Aire inestable el aire huacutemedo y ascendente no siempre genera tormentas eleacutectricas El
aire debe ser inestable Si el aire es estable el aire ascendente se enfriacutea maacutes que el aire a su alrededor y vuelve a descender y se evita asiacute la tormenta eleacutectrica Las masas de aire
inestable ascienden y se enfriacutean pero se mantienen maacutes calientes que el aire a su alrededor y por lo tanto continuacutean elevaacutendose El mecanismo de trasfondo es el calor
liberado por la condensacioacuten en una nube Debido a esto la masa de aire ascendente se mantiene maacutes caacutelida que el aire a su alrededor y continuacutea elevaacutendose El aire que asciende forma una corriente ascendente mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente
No debe haber topes a aproximadamente 3000 m (10000 pies) un tope es la parte superior de
una nube de conveccioacuten en donde el aire se estabiliza Si no hay topes a alrededor de
3000 m el aire inestable continuacutea elevaacutendose y esto permite que se desarrollen
tormentas eleacutectricas En este escenario de una masa de aire caacutelido ascendente las
tormentas eleacutectricas se forman en la masa de aire friacuteo inestable y huacutemedo que hay debajo de eacutesta Con un frente friacuteo ascendente las tormentas eleacutectricas se forman a lo largo de la liacutenea frontal y justo en frente de eacutesta
Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta Una corriente
ascendente hace que se desarrollen nubes altiacutesimas Cuando comienza a caer lluvia la corriente descendente desarrolla y forma raacutefagas de viento cerca de la tierra Finalmente
la corriente ascendente se rompe y la tormenta se termina La fuerza de la corriente ascendente y descendente determina la fuerza de la tormenta
Formacioacuten de las tormentas eleacutectricas
Los rayos son descargas eleacutectricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o
con la propia nube ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el
segundo descargas dentro de la nube siendo este el caso maacutes comuacuten
Todos los tipos de tormentas eleacutectricas (rayos y relaacutempagos) provienen principalmente
de nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente en presencia de una masa de aire caliente inestable que en presencia de una alta energiacutea sube
raacutepidamente Este ascenso es provocado por el enfrentamiento de dos frentes uno
caacutelido y uno friacuteo haciendo que el friacuteo por su mayor densidad y peso pase por abajo
del caacutelido y lo obligue a subir
Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el
rayo de luz visible que va desde el suelo hacia la nube Este rayo llega a velocidades
de 300000000 kiloacutemetros por hora
Las razones para las tormentas con lluvia o secas en esta eacutepoca del antildeo es la
inestabilidad de la atmoacutesfera
Formacioacuten del rayo
Relaacutempago del Catatumbo Zulia Venezuela La faacutebrica de ozono de la
Madre Naturaleza Este fenoacutemeno es capaz de producir 1176000 relaacutempagos
por antildeo produciendo el 10 de la capa de ozono del planeta
Coacutemo se inicia la descarga eleacutectrica sigue
siendo un tema de debate Los cientiacuteficos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones
atmosfeacutericas (viento humedad y presioacuten) hasta los efectos del viento solar
y a la acumulacioacuten de partiacuteculas solares cargadas7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo propiciando una separacioacuten de las cargas positivas y negativas
dentro de la nube
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcaacutenicas o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga
estaacutetica
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta asiacute como tambieacuten fuera de eacutestas y no necesariamente impactan en la tierra Este diagrama muestra los diferentes tipos de
rayos como asiacute tambieacuten el movimiento de aire y de la carga eleacutectrica de la tierra a la nube y viceversa
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Aire inestable el aire huacutemedo y ascendente no siempre genera tormentas eleacutectricas El
aire debe ser inestable Si el aire es estable el aire ascendente se enfriacutea maacutes que el aire a su alrededor y vuelve a descender y se evita asiacute la tormenta eleacutectrica Las masas de aire
inestable ascienden y se enfriacutean pero se mantienen maacutes calientes que el aire a su alrededor y por lo tanto continuacutean elevaacutendose El mecanismo de trasfondo es el calor
liberado por la condensacioacuten en una nube Debido a esto la masa de aire ascendente se mantiene maacutes caacutelida que el aire a su alrededor y continuacutea elevaacutendose El aire que asciende forma una corriente ascendente mientras que el aire que desciende forma una corriente descendente
No debe haber topes a aproximadamente 3000 m (10000 pies) un tope es la parte superior de
una nube de conveccioacuten en donde el aire se estabiliza Si no hay topes a alrededor de
3000 m el aire inestable continuacutea elevaacutendose y esto permite que se desarrollen
tormentas eleacutectricas En este escenario de una masa de aire caacutelido ascendente las
tormentas eleacutectricas se forman en la masa de aire friacuteo inestable y huacutemedo que hay debajo de eacutesta Con un frente friacuteo ascendente las tormentas eleacutectricas se forman a lo largo de la liacutenea frontal y justo en frente de eacutesta
Estos cuatro ingredientes se combinan para formar una tormenta Una corriente
ascendente hace que se desarrollen nubes altiacutesimas Cuando comienza a caer lluvia la corriente descendente desarrolla y forma raacutefagas de viento cerca de la tierra Finalmente
la corriente ascendente se rompe y la tormenta se termina La fuerza de la corriente ascendente y descendente determina la fuerza de la tormenta
Formacioacuten de las tormentas eleacutectricas
Los rayos son descargas eleacutectricas causadas por desbalances entre las nubes y el suelo o
con la propia nube ocurriendo en el primer caso descargas hacia el suelo y en el
segundo descargas dentro de la nube siendo este el caso maacutes comuacuten
Todos los tipos de tormentas eleacutectricas (rayos y relaacutempagos) provienen principalmente
de nubes llamadas Cumulonimbus que se caracterizan por tener una forma parecida a un yunque Estas nubes se forman por una alta humedad en el ambiente en presencia de una masa de aire caliente inestable que en presencia de una alta energiacutea sube
raacutepidamente Este ascenso es provocado por el enfrentamiento de dos frentes uno
caacutelido y uno friacuteo haciendo que el friacuteo por su mayor densidad y peso pase por abajo
del caacutelido y lo obligue a subir
Una vez conectados (suelo y nube) la carga negativa viaja hacia el suelo y se produce el
rayo de luz visible que va desde el suelo hacia la nube Este rayo llega a velocidades
de 300000000 kiloacutemetros por hora
Las razones para las tormentas con lluvia o secas en esta eacutepoca del antildeo es la
inestabilidad de la atmoacutesfera
Formacioacuten del rayo
Relaacutempago del Catatumbo Zulia Venezuela La faacutebrica de ozono de la
Madre Naturaleza Este fenoacutemeno es capaz de producir 1176000 relaacutempagos
por antildeo produciendo el 10 de la capa de ozono del planeta
Coacutemo se inicia la descarga eleacutectrica sigue
siendo un tema de debate Los cientiacuteficos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones
atmosfeacutericas (viento humedad y presioacuten) hasta los efectos del viento solar
y a la acumulacioacuten de partiacuteculas solares cargadas7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo propiciando una separacioacuten de las cargas positivas y negativas
dentro de la nube
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcaacutenicas o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga
estaacutetica
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta asiacute como tambieacuten fuera de eacutestas y no necesariamente impactan en la tierra Este diagrama muestra los diferentes tipos de
rayos como asiacute tambieacuten el movimiento de aire y de la carga eleacutectrica de la tierra a la nube y viceversa
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Formacioacuten del rayo
Relaacutempago del Catatumbo Zulia Venezuela La faacutebrica de ozono de la
Madre Naturaleza Este fenoacutemeno es capaz de producir 1176000 relaacutempagos
por antildeo produciendo el 10 de la capa de ozono del planeta
Coacutemo se inicia la descarga eleacutectrica sigue
siendo un tema de debate Los cientiacuteficos han estudiado las causas fundamentales que van desde las perturbaciones
atmosfeacutericas (viento humedad y presioacuten) hasta los efectos del viento solar
y a la acumulacioacuten de partiacuteculas solares cargadas7 Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo propiciando una separacioacuten de las cargas positivas y negativas
dentro de la nube
Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcaacutenicas o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga
estaacutetica
Los rayos ocurren dentro de las nubes de tormenta asiacute como tambieacuten fuera de eacutestas y no necesariamente impactan en la tierra Este diagrama muestra los diferentes tipos de
rayos como asiacute tambieacuten el movimiento de aire y de la carga eleacutectrica de la tierra a la nube y viceversa
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
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1polarizacion-inducida
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
El dantildeo que
causa el rayo se debe en gran
parte al calor que engendra Los
incendios que las chispas eleacutectricas provocan todos
los antildeos calcinan miles de
kiloacutemetros cuadrados de
bosques con los
consiguientes incendios de
casas y haciendas
Muchas veces los aacuterboles y los edificios resultan perjudicados debido a que la onda repentina de calor provoca la vaporizacioacuten del agua y la acumulacioacuten de una presioacuten
suficiente para hacer estallar la corteza o saltar los ladrillos Por otro lado cada antildeo mueren fulminados por el rayo miles de personas
Una vez que esta nube se formoacute comienzan los procesos de ldquocargadordquo que consiste en la acumulacioacuten de cargas dentro de la nube Esto se produce por el movimiento y choque
de las partiacuteculas dentro de la nube Los cristales de hielo que contiene el Cumulonimbos suben y los granizos en esta bajan asiacute al encontrarse colisionan y liberan electrones
quedando los cristales de hielo con carga positiva y los granizos con carga negativa Luego del choque los dos elementos continuacutean su movimiento acumulaacutendose en la parte superior e inferior cargas positivas y negativas respectivamente
La liberacioacuten de esta carga acumulada en la nube ocurre en una serie de etapas que
terminan con la generacioacuten del rayo Primero una corriente de aire ionizado unida a la nube desciende de estaacute acercaacutendose al suelo Cuando esta corriente localiza una
columna de cargas positivas conectada al suelo (tambieacuten de carga positiva) que puede ser desde un aacuterbol a un edificio o hasta una persona y ambas se conectan se produce un
flujo de corriente eleacutectrica desde la base negativa del Cumulonimbos hacia el suelo positivo
EL TRUENO
La electricidad terrestre se puede hacer visible por medio de trueno En particular
las tormentas eleacutectricas son un fenoacutemeno bastante complejo que aunque a grandes rasgos ha
sido definido y explicado hay algunos aspectos que permanecen como interrogantes como lo
es el origen y produccioacuten de los rayosy el giro de los tornados por ejemplo
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
En cuanto al origen de los truenos tambieacuten ha sido objeto de debate durante mucho tiempo
pero actualmente la ciencia ha alcanzado el consenso sobre por queacute se producen los truenos
asiacute que ahora vamos a ver cuaacutel es esta explicacioacuten
Tormenta eleacutectrica truenos y rayos
Los truenos y los rayos son dos manifestaciones distintas pero naturalmente muy vinculadas y
que forman parte del mismo fenoacutemeno climatoloacutegico la tormenta eleacutectrica El proceso que
produce una tormenta eleacutectrica comienza cuando masas de aire caliente y huacutemedo comienzan
a elevarse debido a corrientes de aire ascendente Al elevarse estas masas de aire comienzan a
enfriarse y condensarse formando nubes llamadas cumulonimbus que pueden tener hasta 20
kiloacutemetros de alto
A medida que el aire se va condensando se van formando gotas de agua y hielo que caen desde
lo alto a traveacutes de la nube hacia la superficie de la tierra y mientras caen van colisionando
con otras gotas y hacieacutendose cada vez maacutes grandes al mismo tiempo que generan dentro de
la nube una corriente de aire descendente que se expandiraacute a lo largo de la tierra en forma de
viento
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
THINKSTOCK HEMERA
Se cree (aunque esto se debate y no ha sido totalmente explicado) que si la corriente de aire
ascendente que produjo la nube se mantiene mientras las gotas que caen crean corrientes de
aire descendente el choque de estas masas de aire produce las descargas eleacutectricas que
conocemos como rayos ya que las nubes poseen campos eleacutectricos (esto uacuteltimo probado
por Benjamin Franklin con su famoso experimento de la cometa)
Produccioacuten de los truenos
El trueno es la expresioacuten sonora que se da una vez producido el rayo Como dijimos tambieacuten
el origen de los truenos ha sido largamente debatido La primera explicacioacuten data del siglo III
cuando Aristoacuteteles consideroacute que se produciacutean por choques entre las nubes y luego las teoriacuteas
han variado a lo largo de la historia hasta que actualmente se ha llegado al consenso
Se ha podido comprobar mediante anaacutelisis espectroscoacutepicos que la temperatura de un rayo si
bien variacutea desde 20000 K (Kelvin) hasta 30000 K primero y luego desciende hasta 10000 K
durante los 50 microsegundos que dura tiene en promedio una temperatura de 20400 K
(20100 ordmC) Esta elevada temperatura causa que el rayo se expanda a traveacutes del aire maacutes friacuteo
circundante a una velocidad mayor que la del sonido lo que produce una onda de choque(en
principio similar a la de una explosioacuten)
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
THINKSTOCK STOCKBYTE
Dependiendo de la naturaleza del rayo y de la distancia de la persona el sonido del
trueno puede variar desde un marcado y fuerte crujido hasta un largo estruendo y a veces
puede alcanzar hasta 110 decibelios cercano al umbral de dolor para el oiacutedo humano
Varios experimentos de simulacioacuten de rayos han aportado pruebas bastante consistentes para
respaldar esta explicacioacuten aunque como suele suceder en el aacutembito cientiacutefico (porque
baacutesicamente de eso se trata) se siguen debatiendo los mecanismos fiacutesicos precisos que tienen
lugar en el proceso
IONOSFERA
Queacute es Ionoacutesfera
La ionoacutesfera o ionosfera es una capa superior de la atmoacutesfera ubicada entre los 80 y 500
km de altura donde tienen lugar procesos de ionizacioacuten de alliacute su nombre La palabra ionoacutesfera se compone de dos teacuterminos de origen griego ἰών (ion) que se refiere al aacutetomo
y su propiedad de transportar carga eleacutectrica y σφαῖρα (sfaira) que significa lsquoesferarsquo
Caracteriacutesticas
La caracteriacutestica principal de la ionoacutesfera es que como consecuencia de la radiacioacuten solar se encuentra en permanente ionizacioacuten La ionizacioacuten es el proceso mediante el cual los aacutetomos se rompen formando iones lo cual provoca variaciones extremas en la
temperatura de sus gases que puede ir desde los -70 degC hasta los 1500 degC Por ello tambieacuten se la conoce como termoacutesfera aunque hay partidarios de entenderlas de manera
diferenciada pues cada nombre privilegia un fenoacutemeno distinto el uno la ionizacioacuten y el otro las oscilaciones teacutermicas
En la ionoacutesfera los electrones pueden moverse maacutes libremente debido a que la densidad
de los gases es mucho maacutes baja en comparacioacuten con las capas inferiores Esto le proporciona las condiciones para ser una excelente conductora de electricidad lo que
facilita la propagacioacuten de ondas de radio y televisioacuten
La ionoacutesfera a su vez se subdivide en varias capas conocidas con las letras D E F1 y F2 Las capas maacutes bajas D y E son idoacuteneas para las ondas de radio de baja frecuencia
mientras que las maacutes altas F1 y F2 reflejan las ondas de radio con frecuencias mayores
Fenoacutemenos
En la ionoacutesfera ademaacutes de la desintegracioacuten de los meteoritos se producen las llamadas
auroras polares que son consecuencia directa del influjo de los vientos solares sobre la
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Tierra cuyas partiacuteculas son atrapadas por el campo magneacutetico de nuestro planeta dando
lugar a uno de los fenoacutemenos lumiacutenicos maacutes impresionantes del mundo
LA IONOSFERA
La ionosfera es un grupo de capas en nuestra atmoacutesfera donde el aire es muy delgado y
que se extiende entre unos 50 km y unos 500km de altura Bajo la influencia de la radiacioacuten solar los aacutetomos se rompen formando los iones Lo mejor de este proceso es
que esos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda
La ionizacioacuten es un proceso de ruptura de los enlaces electroacutenicos en los aacutetomos que
producen la formacioacuten de parejas de iones de cargas opuestas Los principales
mecanismos de ionizacioacuten son la colisioacuten de los aacutetomos o moleacuteculas con otros aacutetomos
e iones la interaccioacuten con alguacuten tipo de radiacioacuten i la aportacioacuten de calor
Los iones son los que dan nombre a la ionosfera la cual al ser maacutes ligera permite a los electrones moverse maacutes libremente Este factor es importante para la propagacioacuten de alta frecuencia (HF 3 a 30 Mhz) Generalmente cuantos maacutes electrones frecuencias
maacutes altas se pueden usar
Durante el diacutea pueden haber en la ionosfera 4 regiones o capas llamadas D E F1 y F2
Sus alturas aproximadas son
o Regioacuten D de 50 a 90 Km
o Regioacuten E de 90 a 140 Km o Regioacuten F1 de 140 a 210 Km o Regioacuten F2 maacutes de 210 Km de altura
Durante el diacutea la propagacioacuten de tipo Esporaacutedica-E se da en la regioacuten E de la
ionosfera y a ciertas horas del ciclo solar la regioacuten F1 se junta con la F2 Por la noche las regiones D E y F1 se quedan sin electrones libres siendo entonces la regioacuten F2 la
uacutenica disponible para las comunicaciones de todas formas no es raro que tambieacuten pueda darse por la noche la propagacioacuten esporaacutedica-E Todas las regiones excepto la D
reflectan ondas de HF La Regioacuten D pese a no reflectarlas tambieacuten es importante ya que eacutesta se encarga de absorberlas o atenuarlas
La regioacuten F2 es la maacutes importante para la propagacioacuten de HF ya que
o Estaacute presente las 24 h del diacutea
o Su altitud permite comunicaciones maacutes lejanas o Normalmente reflecta las frecuencias maacutes altas de HF
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
El periodo de vida de los electrones es mayor en la regioacuten F2 y esa es la razoacuten por la
cual esta capa reflecta ondas por la noche Los periodos de vida de los electrones en las regiones E F1 y F2 son de 20 segundos 1 minuto y 20 minutos respectivamente
Figura 1 Estructura de la ionosfera de diacutea y de noche
-Campo Geomagneacutetico (GMF) Aunque no sea una parte de la ionosfera es
importante explicar el concepto dado que la afecta en gran medida El campo magneacutetico
producido por la rotacioacuten del nuacutecleo metaacutelico de la Tierra provoca una liacuteneas de campo que van de polo a polo Su forma es como una gota de agua con la cola apuntando hacia el sol
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
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httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Esta forma se da a causa de un flujo continuo de partiacuteculas cargadas procedentes del Sol
al cual se le denomina flujo solar El GMF tiene mucha relevancia en la dinaacutemica de la ionosfera Sin la proteccioacuten de nuestro campo geomagneacutetico la ionosfera y la superficie
del planeta estariacutean sometidos a un bombardeo constante de partiacuteculas cargadas
La formacioacuten de la ionosfera seriacutea muy pobre a causa de esos bombardeos y no tendriacuteamos un GMF que nos mantuviera la ionosfera en posicioacuten Los DXrsquos no seriacutean
posibles ya que las ondas reflectariacutean sin ninguacuten orden
Pero tranquilos que la vida en la Tierra tampoco seriacutea posible sin el GMFEl GMF es maacutes deacutebil cerca de las regiones polares y maacutes fuerte cerca de las regiones ecuatoriales
En el lado oscuro de la tierra el GMF se puede extender por millones de kiloacutemetros en el espacio El estado del GMF puede ser silencioso (quiet) variable (unsettled) activo
(active) de tormenta menor (minor storm) de tormenta mayor (major storm) de
tormenta severa (severe storm) y rara vez de tormenta muy severa (very severe storm)
Estas imaacutegenes muestran la actividad auroral la cual es producida por la radiacioacuten solar Cuando la mancha roja desaparece es cuando los iacutendices del campo geomagneacutetico estaacuten
a cero Y cuanto maacutes roja sea maacutes altos seraacuten los iacutendices y entonces se diraacute que el estado
del GMF estaacute activo o que hay tormenta
Es entonces cuando en las altitudes superiores se puede disfrutar de dos cosas la
propagacioacuten de tipo aurora y el poder contemplar una maravillosa aurora boreal como la que muestran las siguientes fotos
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
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1polarizacion-inducida
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Asiacute tenemos las siguientes capas
60 km capa D Soacutelo aparece durante el diacutea y es sumamente absorbente para
frecuencias por debajo de unos 10 MHz protegiendo la superficie terrestre de gran parte de la radiacioacuten espacial
80-110 km capa E o capa de Kennelly-Heaviside (o capa de Heaviside)
180-600 km capas F o capas de Appleton Las capas F se elevan por la noche por lo que cambian sus propiedades de reflexioacuten6
180-300 km capa F1 Esta capa sufre una fluctuacioacuten diaria mayor que la
F2 por lo que llega a mezclarse con eacutesta 300-600 km capa F2 Es la capa maacutes alta de la ionosfera
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
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G1-ppt1111pdf
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
42- Potencial Espontaneo 41 Introduccioacuten
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo (Self-potencial o Spontaneous
potential) es un meacutetodo de prospeccioacuten eleacutectrica que tuvo sus oriacutegenes en la
buacutesqueda de recursos minerales si bien su uso se amplioacute al mundo de la
ingenieriacutea civil y medioambiental resultando ser una herramienta eficaz en
el anaacutelisis de problemas de filtracioacuten de aguas en el subsuelo
Teacutecnica de aplicacioacuten generalizada en la deacutecada de los 80 y principios de
los 90 hoy en diacutea es una teacutecnica en desuso dadas las prestaciones que nos
ofrecen otros meacutetodos en este aacutembito (ie Tomografiacutea eleacutectrica) Sin
embargo la sencillez del equipo que precisa asiacute como la facilidad de
implementacioacuten en el campo justifican la descripcioacuten de este meacutetodo
42 Objetivo del meacutetodo
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo se basa en medir entre dos puntos del
terreno cual es la diferencia de potencial eleacutectrica generada de forma
natural en el subsuelo
El origen de estos campos eleacutectricos naturales (potenciales espontaacuteneos)
estaacute asociado a diferentes fenoacutemenos como por ejemplo a las variaciones de
las propiedades del terreno (cambios de humedad de su quiacutemica etc) la
presencia de cuerpos metaacutelicos actividad bioloacutegica de la materia orgaacutenica
etc Sin embargo de todo el conjunto de potenciales espontaacuteneos el que
nos interesa es el denominado Potencial electrocineacutetico (Electrokinetic
potential o Streaming potential) dado que su geacutenesis estaacute ligada al paso de
un fluido a traveacutes de un medio poroso
Por consiguiente el objetivo de este meacutetodo se reduce simplemente a
detectar en nuestro registro de campo las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
43 Principios teoacutericos baacutesicos
431 Potencial electrocineacutetico
El paso de una solucioacuten de resistividad eleacutectrica ρ y viscosidad η a traveacutes de
un medio capilar o poroso puede generar un gradiente de potencial
eleacutectrico a lo largo de la trayectoria del flujo Este potencial es lo que se
conoce como Potencial electrocineacutetico
Seguacuten Dakhnov [13] la geacutenesis de este potencial se debe a la adsorcioacuten
preferencial de iones de la misma polaridad (en general aniones) en la
superficie de los granos formando una capa fija Como respuesta a este
fenoacutemeno se produce un enriquecimiento por parte del fluido intersticial
de iones de polaridad opuesta formando otra capa (en este caso moacutevil) de
forma que en presencia de un gradiente hidraacuteulico el movimiento del agua
intersticial y por tanto de la capa moacutevil genera una carga neta de separacioacuten
en la direccioacuten del movimiento Estas dos capas es lo que se conoce como
la doble capa de Helmotz
Para un tubo capilar la amplitud del potencial electocineacutetico V entre los dos
extremos del conducto poroso viene definido por la ecuacioacuten de Helmholtz
[ ] 14 en donde ε es la constante dieleacutectrica ρ la resistividad η la
viscosidad del electrolito P ∆ el incremento de presioacuten en los extremos del
capilar y ζ es el potencial Zeta o potencial eleacutectrico de la doble capa de
Helmholtz
Al cociente
V∆P se le denomina ldquoelectrokinetic coupling coeficientrdquo
V = ζ ερ 4πη deg ∆P [14]
Sin embargo el uso de esta ecuacioacuten en problemas reales es poco praacutectica
dado que
bull En general la estimacioacuten de ζ en las rocas no es nada sencillo
bull Se basa en el estudio de un tubo capilar y por tanto no tiene en cuenta la
complejidad de un medio poroso en donde la relacioacuten granolumetriacutea-
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
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1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
permeabilidad del medio la forma y tortuosidad de los poros asiacute como
otros factores tienen una gran importancia en el comportamiento del
potencial
bull Efectos secundarios (ie los observados en los minerales de las arcillas)
pueden enmascarar los potenciales electrocineacuteticos puros complicando por
tanto la interpretacioacuten de los resultados (ie Lapagne [14])
Por todo ello los investigadores centraron sus esfuerzos en determinar y
evaluar la influencia de distintos factores en el comportamiento del
potencial electrocineacutetico tanto en terrenos no consolidados (arcillas limos
y arenas) como en medios fisurados
432 Estudio del potencial en terrenos no consolidados
En este aacutembito destaca el trabajo de Ogilvy [15 ] En este estudio se realiza
un profundo anaacutelisis de la influencia que tienen sobre el valor del potencial
factores como el gradiente hidraacuteulico el tamantildeo de grano la
permeabilidad asiacute como la concentracioacuten de sal en un fluido
Utilizando arenas de cuarzo limpias y bajo la hipoacutetesis de reacutegimen laminar
en donde la ley de Darcy tiene validez las principales conclusiones que se
derivaron de este estudio fueron
bull A medida que aumentamos el gradiente de presioacuten del fluido la amplitud
del potencial tambieacuten incrementa su valor pero siempre en valores
negativos
bull Dado un gradiente hidraacuteulico las mayores amplitudes del potencial
electrocineacutetico se obtienen para terrenos de permeabilidad entre 60-70
Darcy (corresponden a arenas de tamantildeo de grano medio)
bull Fijado un gradiente hidraacuteulico y una permeabilidad un aumento de la
concentracioacuten de sal del fluido conlleva una disminucioacuten significativa del
valor del potencial llegaacutendose incluso a valores casi imperceptibles Este
aspecto limitaraacute el uso del meacutetodo del Potencial espontaacuteneo en problemas
en donde el aguas presente elevada salinidad
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
433 Estudio del potencial en medios fisurados
A diferencia de los terrenos no consolidados el estudio del potencial en
medios fisurados no ha sido tan amplio En este sentido destaca el trabajo
de Bogolosvsky [16] en el que intenta establecer la relacioacuten existente entre
el potencial y algunos de los paraacutemetros que definen un material fisurado
la apertura de las fisuras la existencia o no de relleno y la proporcioacuten de
finos y arenas presentes en el relleno Tambieacuten bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar las conclusiones maacutes importantes que se derivaron de los ensayos
fueron las siguientes
bull Para distintas aperturas de fisuras sin relleno se observoacute que cuanto menor
sea la apertura mayor seraacute la magnitud del potencial electrocineacutetico (en
valores negativos) Tambieacuten se aprecioacute que el orden de magnitud de los
valores de potencial obtenidos eran muy pequentildeos en comparacioacuten con los
observados para materiales no consolidados
bull Dada una apertura de fisura de 3mm y diferentes cantidades de relleno
arenoso se observoacute que
1 No existe una relacioacuten de proporcionalidad entre el potencial
y la cantidad de relleno es decir dado un gradiente hidraacuteulico maacutes cantidad
de relleno arenoso no implica valores de potencial maacutes grande Los valores
maacuteximos de potencial se obtuvieron para un relleno aproximado del 40
2 El orden de magnitud de los valores obtenidos son mucho maacutes
grande que los obtenidos para fisuras sin relleno pero sin llegar a los niveles
medidos en terrenos no consolidados
bull Por uacuteltimo dada una apertura de fisura de 3mm y rellena al 100 con
diferentes mezclas de arena y arcilla se observoacute que fijado el gradiente
hidraacuteulico a medida que aumenta la proporcioacuten de arcilla en el relleno el
valor del potencial electrocineacutetico disminuye si bien el orden de magnitud
de eacutestos valores (siempre negativos) continuacutean siendo muy superiores a los
observados para fisuras sin ninguacuten tipo de relleno
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
En definitiva la deteccioacuten de focos de filtracioacuten en medios fisurados
precisaraacute de la existencia de fisuras de pequentildea apertura y con cierto relleno
(preferentemente arenoso) de forma que la magnitud del potencial
generado por el flujo de agua sea lo suficientemente significativo como
para ser medido En caso contrario la localizacioacuten de aacutereas de filtracioacuten es
praacutecticamente imposible
Destacar que estos ensayos se engloban bajo la hipoacutetesis de reacutegimen
laminar de forma que en el caso de tener un flujo en reacutegimen turbulento
(muy factible en medios fisurados o Karst) el comportamiento descrito deja
de tener validez
44 Equipo requerido
Independientemente de la configuracioacuten de medida empleada (ver 451) el
equipo baacutesico requerido es bastante sencillo y consta de
bull Unos electrodos
bull Cable eleacutectrico
bull un carrete para recoger el cable
bull un milivoltiacutemetro con el que medir el potencial
En el caso de utilizar la configuracioacuten multielectroacutedica (4513) se precisa
un sistema multicanal de adquisicioacuten de datos y que el cable eleacutectrico sea
multiconductor Por otro lado y dado que en general tendremos la
presencia de cierto nivel de ldquoruidordquo en nuestra sentildeal de campo (ver 452)
es praacutecticamente habitual el uso de un monitor teluacuterico con el que medir las
variaciones temporales del potencial espontaacuteneo y evitar de esta forma
confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocineacutetico
En cuanto al tipo de electrodos a utilizar si bien durante muchos antildeos se
han estado empleando electrodos metaacutelicos diversos estudios (Corwin and
Butler [17 ]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no
polarizables ya a que este tipo de electrodos reduce los fenoacutemenos de
polarizacioacuten y de deriva (ver 452)
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu ndash
CuSO4 los maacutes utilizados Estos electrodos estaacuten formados por una barra
de metal inmersa en una solucioacuten saturada de sal de su propio metal y todo
ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto
la solucioacuten con el terreno (Ives and Janz [18]) En la figura 12 se muestra
un esquema baacutesico
45 Metodologiacutea de campo
451 Tipos de configuraciones en la captura de los datos
A la hora de realizar las medidas de campo que al igual que en Tomografiacutea
eleacutectrica se disponen en forma de perfiles podemos optar por diferentes
procedimientos Si bien todos ellos se han utilizado con eacutexito en diferentes
trabajos la susceptibilidad a errores sistemaacuteticos hacen que ciertos
dispositivos sean maacutes idoacuteneos que otros
4511 Configuracioacuten del gradiente
Esta teacutecnica solo precisa 2 electrodos y se basa en medir mediante el
milivoltiacutemetro cual es la diferencia de potencial entre los dos electrodos
siendo la distancia entre ambos invariable
Para ello en primer lugar definiremos quien es el electrodo A y B y los
uniremos a la terminal positiva y negativa del milivoltiacutemetro
respectivamente Realizada la primera medida ahora sin cambiar la
polaridad del dispositivo asiacute como la distancia electroacutedica procederemos a
tomar el resto de medidas a lo largo del perfil de forma que el electrodo A
ocupe siempre la posicioacuten que ocupaba el B en la anterior medida
Si la distancia fija entre los dos electrodos es relativamente pequentildea en
comparacioacuten con la longitud de onda de la anomaliacutea este procedimiento
representa esencialmente el gradiente del potencial espontaacuteneo en la
direccioacuten del perfil de reconocimiento (Parasnis [20]) Para obtener la
variacioacuten espacial del valor total del potencial basta con ir sumando cada
uno de estos gradientes
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Ventajas
bull La utilizacioacuten de poca longitud de cable eleacutectrico aspecto que supone que
se minimize su exposicioacuten a las mordeduras de los animales y a los actos de
vandalismo
bull La rapidez con la que puede ser movido el dispositivo para evitar
incidentes con los posibles vehiacuteculos que puedan aparecer en la zona
bull En caso de observar problemas con el cable eleacutectrico es maacutes faacutecil de
encontrar el lugar donde tenemos el fallo eleacutectrico
Desventajas
bull La gran desventaja de esta configuracioacuten reside en el tema de la calidad de
los datos obtenidos Esto se debe a que el propio proceso de adquisicioacuten de
datos lleva asociado unos ldquoerroresrdquo (polarizacioacuten deriva y efecto
contactosuelo ver 452) que si bien pueden ser miacutenimos para cada medida
puntual a la hora de sumar los gradientes a fin de obtener el potencial total
la magnitud de estos errores se puede magnificar significativamente
Es justamente este aspecto de la acumulacioacuten del error el que determina
que la configuracioacuten de reconocimiento maacutes habitual sea el de base fija
dejando la del gradiente para aquellas situaciones en las que debido a la
orografiacutea del terreno o a la gran vulnerabilidad del cable eleacutectrico a sufrir
dantildeos haga inviable el empleo del meacutetodo de base fija
4512 Configuracioacuten de base fija (o campo total)
Este dispositivo en el que solo se precisan tambieacuten 2 electrodos se basa en
colocar estaciones fijas de medida a lo largo del perfil que previamente
hayamos definido En el momento de realizar las medidas iremos a una de
estas estaciones colocaremos un electrodo (seraacute el B) y mediremos el
potencial con respecto al electrodo A que estaraacute situado siempre en una
misma base (denominada base de referencia) en la que supondremos de
forma arbitraria potencial cero
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
La correcta ubicacioacuten de esta base de referencia seraacute fundamental a la hora
de obtener unos resultados oacuteptimos siendo las zonas idoacuteneas para su
emplazamiento aquellas que presenten un valor del potencial muy estable
en el tiempo
Ventajas
bull La principal ventaja es que ahora no tendremos problemas de
acumulacioacuten del error ya que cada lectura si bien estaacute sujeta a las tres
componentes del error anteriormente mencionadas ya corresponde al valor
total del potencial
bull La flexibilidad a la hora de colocar las bases dado que podemos optar por
densificar su nuacutemero en aquellas zonas de especial intereacutes
Desventajas
Dado que las distancias entre las estaciones de medida y la base de
referencia pueden llegar a ser incluso de alguacuten kiloacutemetro esto conlleva
bull Un aumento de la susceptibilidad del cable eleacutectrico a sufrir alguacuten
percance ya sea fortuito o por vandalismo
bull Dificultad a la hora de encontrar la ubicacioacuten precisa del fallo
En definitiva si bien el coste econoacutemico y de tiempo son maacutes elevados en
la configuracioacuten de base fija que en la configuracioacuten del gradiente dado que
la relacioacuten coste-calidad es muy baja lo maacutes aconsejable es utilizar esta
configuracioacuten
4513 Configuracioacuten multielectroacutedica
Esta configuracioacuten es similar a la de base fija pero a diferencia de eacutesta ahora
no vamos de estacioacuten en estacioacuten conectando el electrodo B con el de
referencia y luego medimos sino que ahora disponemos de un gran
nuacutemero de electrodos los cuales ya estaacuten todos conectados a la base de
referencia mediante un cable multiconductor Mediante un sistema
multicanal de adquisicioacuten de datos iremos realizando de forma automaacutetica
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
toda la secuencia de medidas con el espaciado temporal que nosotros
queramos
Ventajas
bull La gran ventaja de este dispositivo es la capacidad de realizar un gran
nuacutemero de medidas en un intervalo de tiempo concreto Esto nos permitiraacute
estimar con gran precisioacuten la deriva de los electrodos asiacute como otras
variaciones temporales del potencial (ie corrientes teluacutericas) y por tanto
nos seraacute mucho maacutes faacutecil y preciso el filtrar estos potenciales de nuestro
registro de campo
Desventajas
bull El elevado coste en comparacioacuten con las otras dos configuraciones
452 Fenoacutemenos que ldquocontaminanrdquo nuestras medidas de potencial
El meacutetodo del Potencial espontaacuteneo es un meacutetodo pasivo dado que
simplemente medimos un potencial eleacutectrico que ya existe de forma natural
en el terreno Esta imposibilidad de poder modificar ninguacuten paraacutemetro de
estudio (ie intensidad frecuencia etc) y por tanto de intentar separar la
sentildeal de nuestro intereacutes del resto conllevaraacute que el registro de campo
obtenido se vea afectado por una gran variedad de potenciales espontaacuteneos
que perturbaraacuten y enmascararaacuten el potencial de nuestro intereacutes el potencial
electrocineacutetico Destacar que el orden de magnitud de eacutestos potenciales en
muchas ocasiones son similares al del propio potencial electrocineacutetico que
suele ser de algunas decenas de mV
En consecuencia nuestro primer objetivo seraacute el reconocer cada uno de estos
fenoacutemenos perturbadores para posteriormente poder filtrarlos de nuestro
registro y quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del
potencial electrocineacutetico
Aunque comuacutenmente se denomina ldquoruidordquo a todas aquellas anomaliacuteas de
potencial que no son de nuestro intereacutes basaacutendonos en la nomenclatura
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
usada por Corwin [21] estableceremos una clasificacioacuten de eacutestos Asiacute
Corwin distingue entre ldquoerrorrdquo y ldquoruidordquo
bull ldquoErrorrdquo seriacutean todos aquellos errores irreproducibles asociados al propio
proceso de adquisicioacuten de datos
bull ldquoRuidordquo seriacutean todos aquellos potenciales generados de forma natural (ie
corrientes teluacutericas) o artificial (ie actividad humana) y cuya geacutenesis no
estaacute ligada al movimiento del agua en el terreno
Dentro de los ldquoerroresrdquo tenemos
bull Polarizacioacuten y deriva
La polarizacioacuten se define como el potencial medido por un par de
electrodos en ausencia de un campo eleacutectrico externo Mientras que la
deriva son las variaciones temporales del valor de la polarizacioacuten
Ambos fenoacutemenos responden a la variacioacuten de algunos paraacutemetros
medioambientales como son la temperatura la humedad del suelo asiacute
como la quiacutemica del fluido intersticial
Cambios de humedad en el suelo en general provocan variaciones de
algunos mV Para su evaluacioacuten es aconsejable la construccioacuten 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 al del A pueden provocar de +05 a +1 mV por cada Cordm que
aumente esta diferencia de temperatura Los cambios de temperatura son
los principales causantes de la deriva de los valores del potencial de
polarizacioacuten llegaacutendose incluso a alcanzar niveles de 10 a 20 mV bajo
condiciones severas (Corwin [21])
En cuanto a los cambios quiacutemicos se pueden llegar a generar anomaliacuteas de
potencial de algunas decenas de mV (Corwin [23])
bull Efecto debido al contacto suelo-electrodo
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Si colocamos los electrodos en el terreno medimos los extraemos y
volvemos a reintroducirlos para repetir la medicioacuten se observa que
generalmente las mediciones han cambiado En muchos suelos compactos
conductivos estas variaciones son inferiores 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 maacutes consistentes podemos realizar
pequentildeos agujeros en el terreno a fin de llegar a una zona en donde las
condiciones sean un poco maacutes estables En situaciones de suelo muy seco
se puede proceder a verter agua para homogeneizar las condiciones de
medida (Semenov [24]) En este caso deberemos esperar algunas horas
dada la fuerte deriva en las mediciones producto de la filtracioacuten libre del
agua (Corwin and Hoover [25]) En consecuencia solo es aconsejable verter
agua en condiciones extremas
En lo que concierne al grupo de los ldquoruidosrdquo distinguimos entre los que
generan un potencial espontaacuteneo constante o variable en el tiempo
La deteccioacuten y filtracioacuten de los ldquoruidosrdquo transitorios pasa previamente por
estimar su periodo de oscilacioacuten temporal Estos periodos de oscilacioacuten
pueden ir desde menos de un segundo a horas diacuteas e incluso meses Los de
bajo periodo podraacuten ser detectados a traveacutes de propias medidas realizadas
sin embargo para los de periodo maacutes grande se precisaraacute de meacutetodos
alternativos (ie monitores teluacutericos) para detectarlos y filtrarlos
Del conjunto de ldquoruidos transitoriosrdquo destacamos
bull Corrientes teluacutericas
Son aquellos cambios de potencial debidos a las variaciones temporales del
campo magneacutetico terrestre Las corrientes teluacutericas son de origen natural y
sus variaciones temporales presentan unos periodos de oscilacioacuten
comprendidos entre los milisegundos hasta horas (Kaufman and Keller
[26]) Ahora bien el rango de periodos para los cuales solemos tener la
maacutexima actividad teluacuterica es de 10-40 s (Corwin and Hoover [] 25 ) con
valores de amplitud del orden de algunos mV por kiloacutemetro si bien en
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
aacutereas de gran resistividad o en zonas en las que se produce una tormenta
magneacutetica podemos tener anomaliacuteas de decenas e incluso de hasta
centenas de mV
bull Corrientes eleacutectricas debido a la actividad humana
Las zonas industrializadas son fuente de grandes variaciones de potencial
en los que la amplitud de las anomaliacuteas puede ser de decenas a centenares
de mV Km (Corwin [21])
En cuanto a los ldquoruidos establesrdquo o con una variacioacuten temporal muy lenta
destacamos
bull Efecto topograacutefico
En bastantes casos el gradiente topograacutefico es faacutecil de reconocer A modo
de ejemplo tenemos la figura 14 extraiacuteda del trabajo de Ernston and Scherer
[ ] 27 en el que los autores descomponen la sentildeal de campo en tres
componentes efecto topograacutefico residual SP (corresponde a las anomaliacuteas
debido a la litologiacutea) y SP noise (corresponde a la actividad bioloacutegica)
bull Corrosioacuten de elementos metaacutelicos enterrados La existencia de elementos
metaacutelicos enterrados en el terreno (ie tuberiacuteas metaacutelicas) pueden generar
anomaliacuteas de potencial de gran amplitud (algunas centenas de mV) de
signo negativ En aacutereas de actividad humana es aconsejable un previo
reconocimiento mediante teacutecnicas electromagneacuteticas para localizar posibles
elementos enterrados
453 Planificacioacuten de la campantildea de reconocimiento
Dada la cantidad de fenoacutemenos que pueden perturbar nuestra sentildeal de
campo en la planificacioacuten seraacute fundamental el garantizar la correcta
adquisicioacuten de los datos
En este sentido la calidad de la informacioacuten obtenida dependeraacute de
1 La configuracioacuten de reconocimiento utilizada
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
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1polarizacion-inducida
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httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
2 La seleccioacuten del material adecuado asiacute como de su mantenimiento
3 La capacidad de reconocer posibles fuentes de error en nuestras lecturas
de campo
4 Las medidas adoptadas a fin de evitar incidentes (fortuitos o por
vandalismo) con los equipos de medida
Ademaacutes de estas cuestiones otros aspectos que deberemos determinar en la
planificacioacuten de la campantildea de campo son
1 Nuacutemero ubicacioacuten y longitud de los perfiles en el terreno
2 Espaciado entre las estaciones de medida que conforman cada perfil
3 Localizacioacuten de la base de referencia (en el caso de usar configuracioacuten
de base fija o multielectroacutedica)
4 Periodicidad con la que se tomaraacuten las medidas a fin de intentar
caracterizar y filtrar las variaciones temporales del potencial espontaacuteneo
La configuracioacuten maacutes usual es la de base fija Ello conlleva el determinar
previamente la ubicacioacuten idoacutenea de nuestra base de referencia siendo el
lugar maacutes adecuado aquel en donde el valor del potencial espontaacuteneo sea lo
maacutes estable posible (alejado de la zona afectado por el flujo subterraacuteneo)
Esta base puede estar situada a gran distancia de los puntos de medida
La disposicioacuten de las diferentes estaciones se disponen en perfiles (ver fig
18) de forma anaacuteloga a lo visto en Tomografiacutea eleacutectrica siendo la
separacioacuten entre ellas generalmente pequentildea (de algunos metros) a fin de
poder caracterizar correctamente incluso aquellas anomaliacuteas de longitud de
onda pequentildea
454 Procesado e interpretacioacuten de los datos
Para cada perfil obtendremos una graacutefica en donde en el eje de abcisas
colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
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httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del
potencial espontaacuteneo medido
Ahora nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes ldquoruidosrdquo
y ldquoerroresrdquo que puedan existir en nuestras medidas a fin de quedarnos
simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocineacutetico Su
magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV Este proceso puede
ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (ie Cardona)
Ademaacutes de los perfiles tambieacuten es muy frecuente confeccionar mapas de
isoliacuteneas de potencial electrocineacutetico en los que a partir del aumento o
disminucioacuten relativa del valor del potencial en el sentido del flujo podremos
caracterizar el problema de filtracioacuten en el subsuelo
A la hora de interpretar los resultados la variacioacuten exacta del potencial
espontaacuteneo en zonas con presencia de flujos de agua es una funcioacuten
compleja que depende de aspectos tales como la seccioacuten geoeleacutectrica la
intensidad del flujo o la profundidad y geometriacutea de eacuteste (Wilt and Corwin
[ ] 28 ) Sin embargo en la praacutectica y como resultado de diversos estudios
asiacute como de la experiencia acumulada en casos reales se han observado
ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo
de reglas en la interpretacioacuten
En el caso de analizar los resultados obtenidos a traveacutes de los perfiles
identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones aquellas
zonas en donde se produzcan anomaliacuteas negativas es decir un descenso
relativo del valor del potencial electrocineacutetico
Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas
mono- y bivalentes la capa moacutebil de la doble capa de Helmotz estaacute
compuesta por cationes de forma que los iones positivos son transportados
en la direccioacuten del flujo (Bogolovsky [30])
Esto conlleva que en el caso de trabajar con mapas de isoliacuteneas en zonas
en donde tengamos flujos de agua con una trayectoria subhorizontal o
descendente (ie al penetrar traveacutes de un dique de tierra o bajo el fondo de
un reservorio) en general observaremos una disminucioacuten relativa del valor
del potencial en el sentido del flujo (anomaliacutea negativa) mientras que si el
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
flujo tiene una trayectoria ascendente con respecto a la superficie del
terreno generalmente se produciraacute un aumento relativo del potencial en el
sentido del flujo (fig17) Bogolovsky [30] Corwin
Sin embargo e independientemente de los aspectos anteriormente
comentados se ha observado tambieacuten que las anomaliacuteas del potencial
electrocineacutetico pueden verse afectados por la litologiacutea (Bogolovsky [ ] 30 )
En este sentido zonas con alto contenido en arcilla pueden provocar
anomaliacuteas positivas mientras que zonas con predominio de material
arenoso pueden producir anomaliacuteas negativas
En definitiva y dada la variedad de factores que influyen en las anomaliacuteas
del potencial la interpretacioacuten de los datos obtenidos dependeraacute de las
caracteriacutesticas de cada problema en concreto
El elevado nivel de ruido (gran actividada industrial) asiacute como a la alta
presencia de sal en el fluido imposibilitoacute el uso del meacutetodo del Potencial
espontaacuteneo en Cardona A fin de ilustrar graacuteficamente algunos de los
aspectos anteriormente comentados procederemos a exponer de forma
muy breve los resultados de un estudio de filtracioacuten de agua en la presa de
tierra de Clearwater Missouri (Butler)
La presa presentaba aguas abajo una zona de surgencia de agua (seepage
zone) cosa que facilitoacute como ubicar los perfiles En la figura 18 tenemos
representado la disposicioacuten de los cuatro perfiles de potencial espontaacuteneo
que utilizaron Array 1 2 1A y 2B Se utilizoacute el dispositivo de base fija
colocaacutendose la base de referencia al Norte del reservorio
Teniendo en cuenta que el gradiente hidraacuteulico es un paraacutemetro
fundamental en la geacutenesis e intensidad de las filtraciones de agua en
embalses es muy frecuente analizar el problema tanto en la situacioacuten de
maacuteximo y miacutenimo nivel de agua del reservorio
Por consiguiente para cada perfil se realizaron varias series de medidas
para ambos casos
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
46 Ventajas y limitaciones del meacutetodo
Las principales ventajas de este meacutetodo son
bull Es un meacutetodo muy econoacutemico y robusto dada la sencillez de los aparatos
bull Es un meacutetodo que no es agresivo con el medio
En cuanto a las limitaciones que presenta este meacutetodo tenemos
bull Es un meacutetodo que no nos permite estimar la profundidad del flujo
bull No tenemos la capacidad de controlar la profundidad de investigacioacuten
bull Dado que es un meacutetodo pasivo (simplemente medimos el potencial
espontaacuteneo que ya existe de forma natural en el terreno) nuestra sentildeal de
campo en general se veraacute afectada por niveles significativos de ruido En
consecuencia la calidad del estudio dependeraacute en gran medida de la
capacidad que tengamos de detectar y minimizar todos esos ldquoruidosrdquo y
ldquoerroresrdquo a fin de quedarnos simplemente con las variaciones del potencial
electrocineacutetico
bull Con objeto de solventar el problema anteriormente expuesto se requiere
que el responsable del proyecto tenga cierta experiencia
bull El rango de aplicabilidad del meacutetodo se ve restringido enormemente
cuando trabajamos en medio fisurado asiacute como con fluidos de elevada
salinidad
1 Para medios fisurados solo en los casos de tener fisuras de pequentildea
apertura y cierto relleno (preferentemente arenoso) la magnitud de la
anomaliacutea seraacute lo suficientemente significativa como para ser detectado
2 En lo que concierne a la salinidad en el caso de analizar filtraciones de
agua con elevada concentracioacuten de sal la deteccioacuten seraacute praacutecticamente
imposible dado que la magnitud de la anomaliacutea del potencial electrocineacutetico
seraacute casi inapreciable
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
43 Fenoacutemenos De Polarizacioacuten En El Terreno El electromagnetismo claacutesico define la polarizacioacuten eleacutectrica como el campo vectorial
que representa la densidad de los
momentos eleacutectricos dipolares
inducidos o permanentes en un material
dieleacutectrico Cabe mencionar que este
concepto tambieacuten se conoce con el
nombre de densidad de polarizacioacuten o
sencillamente como polarizacioacuten Se
trata de uno de los tres campos eleacutectricos
macroscoacutepicos que proporcionan una
descripcioacuten del comportamiento de los
materiales complementando
al desplazamiento eleacutectrico D y
al campo eleacutectrico E
Polarizacioacuten Eleacutectrica
La Polarizacioacuten Eleacutectrica (Tambieacuten Llamada
Densidad De Polarizacioacuten O Simplemente
Polarizacioacuten) Es El Campo Vectorial Que
Expresa La Densidad De Los Momentos
Eleacutectricos Dipolares Permanentes O Inducidos
En Un Material Dieleacutectrico El Vector De
Polarizacioacuten P Se Define Como El Momento
Dipolar Por Unidad De Volumen La Unidad De
Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado
La Polarizacioacuten Eleacutectrica Es Uno De Los Tres
Campos Eleacutectricos Macroscoacutepicos Que
Describen El Comportamiento De Los
Materiales Los Otros Dos Son El Campo Eleacutectrico E Y El Desplazamiento Eleacutectrico
D
EL FENOacuteMENO DE LA POLARIZACIOacuteN
La induccioacuten no se limita a los conductores cuando acercamos una barra cargada a un
aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante lo que
ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios aacutetomos
y moleacuteculas
Por induccioacuten un lado del aacutetomo o moleacutecula se hace ligeramente maacutes positivo o negativo
que el lado opuesto por lo que decimos que el aacutetomo estaacute eleacutectricamente polarizado Si
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
por ejemplo la barra es negativa entonces el lado positivo del aacutetomo o moleacutecula se
orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario
Se presenta el fenoacutemeno de polarizacioacuten cuando trozos de papel neutros son atraiacutedos
por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared
Cuando situamos un objeto material en un campo eleacutectrico se comporta seguacuten sea un
conductor o un dieleacutectrico El conductor redistribuye sus cargas En un dieleacutectrico las
cargas no pueden moverse libremente y por tanto su comportamiento es distinto
Los dieleacutectricos pueden considerarse formados por dos tipos de moleacuteculas polares y no
polares
Como Ocurre La Polarizacioacuten
Las Moleacuteculas (Dipolos) Estaacuten Distribuidas Al Azar (A)
Al Acercar A Este Dieleacutectrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo Con Carga
Positiva) La Carga De Este Uacuteltimo Actuaraacute Sobre Las Moleacuteculas Del Aislante
Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada (B)
Cuando Esto Sucede Se Dice Que El Dieleacutectrico Estaacute Polarizado
Si la moleacutecula es no polar es decir si el centro del sistema de electrones coincide con el
de los nuacutecleos positivos el dieleacutectrico es en todos sus puntos eleacutectricamente neutro
Bajo la accioacuten de un campo eleacutectrico externo los centros de los sistemas citados se
separan y se crean dipolos inducidos alineados con el campo eleacutectrico externo
Macroscoacutepicamente en un dieleacutectrico se produce el fenoacutemeno conjugado de
alineamiento e induccioacuten separaacutendose ligeramente el centro de las cargas positivas de
todo el dieleacutectrico con respecto al centro de las cargas negativas El dieleacutectrico en su
conjunto permanece eleacutectricamente neutro pero se polariza es decir se acumula carga
positiva a un lado y negativa en el otro
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Dipolo
Un dipolo eleacutectrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud
cercanas entre siacute
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieleacutectricos A diferencia de lo que ocurre en
los materiales conductores en los aislantes los electrones no son libres Al aplicar un
campo eleacutectrico a un dieleacutectrico aislante eacuteste se polariza dando lugar a que los dipolos
eleacutectricos se reorienten en la direccioacuten del campo disminuyendo la intensidad de eacuteste
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Polarizacioacuten de un material dieleacutectrico o aislante
Influencia de un campo eleacutectrico en un dieleacutectrico tipo polar
Las moleacuteculas de algunos dieleacutectricos tienen la propiedad de que la distribucioacuten interna
de sus cargas no es simeacutetrica
En estos casos la parte positiva y negativa de cada moleacutecula estaacute separadas una de otra
Si al dieleacutectrico se le aplica un campo eleacutectrico estas moleacuteculas llamadas dipolos no se
desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales sino que se orientan seguacuten el campo
aplicado
Con esta situacioacuten se dice que el dieleacutectrico ha sido polarizado Cuando el campo
eleacutectrico desaparece las moleacuteculas vuelven a su estado original
Polarizacioacuten Inducida
La Polarizacioacuten Inducida (PI) es un fenoacutemeno eleacutectrico que se manifiesta en el interior
de medios materiales sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la
interrupcioacuten de un flujo de corriente eleacutectrica energizante sea en el dominio de la
frecuencia con una precisa ley de dispersioacuten de la resistividad eleacutectrica al variar la
frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Es bien conocido que el
fundamento sobre el
cual se aplica este
meacutetodo se debe a que
algunas rocas o
depoacutesitos minerales no
exhiben un potencial
eleacutectrico propio
Los meacutetodos de
prospeccioacuten
geoeleacutectrica estudian el
comportamiento de
corrientes eleacutectricas
naturales e inducidas
para determinar la
resistividad eleacutectrica del
subsuelo esto puede ser
aprovechado para crear una tomografiacutea que puede ser usada para ubicar sulfuros
masivos minerales acuiacuteferos y plumas contaminantes y anomaliacuteas asociadas a la
estratigrafiacutea del subsuelo entre otras
Un meacutetodo electromagneacutetico que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables
en el tiempo para mapear la variacioacuten de la permitividad eleacutectrica (constante dieleacutectrica)
en el subsuelo con bajas
frecuencias La polarizacioacuten
inducida se observa cuando
una corriente estacionaria
que atraviesa dos electrodos
del subsuelo se interrumpe
la tensioacuten no retorna a cero
en forma instantaacutenea sino
que decae lentamente lo
que indica que la carga ha
sido almacenada en las
rocas Esta carga que se
acumula principalmente en
las interfases presentes entre
los minerales de arcilla A menudo se utiliza en la exploracioacuten de minerales y a veces
permite distinguir diferentes tipos de mineralizacioacuten
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
METODO DE LA POLARIZACIOacuteN INDUCIDA
En las mediciones de resistividad cuando
se enviacutea corriente al terreno a menudo se
observa un significativo retraso en el
establecimiento del campo estable por lo
que para efectuar las mediciones debe
considerarse un tiempo de espera que
depende de la longitud de la liacutenea y de la
resistividad aparente 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 la fig 184) Este efecto se conoce como
polarizacioacuten inducida (PI) En algunos
aspectos el efecto de PI se asemeja al
comportamiento de un circuito RC
Este fenoacutemeno tambieacuten conocido como ldquosobretensioacutenrdquo fue analizado estudiado y
empleado en exploracioacuten minera a partir de los trabajos de la Newmont Exploration
Limited (Brant 1959) De estos estudios se conoce que la PI estaacute directamente
relacionada con la alteracioacuten de capas eleacutectricas 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 polarizacioacuten de membrana (Parasnis 1971) o en los liacutemites de las fases
soacutelida y liacutequida de medios complejos constituidos por minerales semiconductores en
estado natural y electrolitos liacutequidos como el agua subterraacutenea por ejemplo dando
lugar a la denominada polarizacioacuten de electrodos
POLARIZACIOacuteN DE MEMBRANA EFECTO
Aunque en proporciones variables los poros y capilares de las rocas contienen casi
siempre partiacuteculas de arcilla las que habitualmente tienen un exceso superficial de
cargas negativas que hace que iones positivos (cationes) del electrolito inmediato formen
una riacutegida capa adyacente alrededor de la partiacutecula de arcilla conocida como capa de
Stern
Iones positivos adicionales tambieacuten atraiacutedos por la partiacutecula de arcilla pero rechazados
por la capa de Stern conforman una capa difusa alrededor de la partiacutecula lo que implica
que la concentracioacuten de iones positivos disminuye gradualmente con la distancia hasta
la zona de equilibrio con la concentracioacuten de cationes en el seno del electrolito (fig
189a) Esto implica que en la capa difusa hay un deacuteficit de iones negativos cuya
concentracioacuten aumenta gradualmente al alejarse de la partiacutecula de arcilla hasta la zona
de equilibrio de modo tal que la capa difusa puede ser considerada como una atmoacutesfera
cargada rodeando a la partiacutecula de arcilla
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Aplicaciones
Caracterizacioacuten litoloacutegica del subsuelo (Geoteacutecnica Exploracioacuten Minera y Agua)
Delimitacioacuten de zonas de alteracioacuten (hidrotermal siliacutecea)
Deteccioacuten de zonas mineralizadas (sulfuros)
Localizacioacuten de (sistemas de) fracturas y fallas geoloacutegicas
Estudio de acuiacuteferos profundidad espesor propiedades (salinidad)
Monitoreo de acuiacuteferos (contaminacioacuten)
PIEZOELECTRICIDAD
La piezoelectricidad (del griego piezein ldquoestrujar o apretarrdquo) es un fenoacutemeno presentado
por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecaacutenicas adquieren una
polarizacioacuten eleacutectrica en su masa apareciendo una diferencia de potencial y cargas
eleacutectricas en su superficie Este fenoacutemeno tambieacuten se presenta a la inversa esto es se
deforman bajo la accioacuten de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eleacutectrico El
efecto piezoeleacutectrico es normalmente reversible al dejar de someter los cristales a un
voltaje exterior o campo eleacutectrico recuperan su forma
Los materiales piezoeleacutectricos son cristales naturales o sinteacuteticos que no poseen centro
de simetriacutea El efecto de una compresioacuten o de un cizallamiento consiste en disociar los
centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas Aparecen de este
modo dipolos elementales en la masa y por influencia cargas de signo opuesto en las
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
superficies enfrentadas Pueden distinguirse dos grupos de materiales los que poseen
caraacutecter piezoeleacutectrico de forma natural (cuarzo turmalina) y los llamados
ferroeleacutectricos que presentan propiedades piezoeleacutectricas tras ser sometidos a una
polarizacioacuten (tantalio de litio nitrato de litio bernilita en forma de materiales
monocristalinos y ceraacutemicas o poliacutemeros polares bajo forma de microcristales
orientados)
El efecto piezoeleacutectrico es un fenoacutemeno fiacutesico que presentan algunos cristales debido al
cual aparece una diferencia de potencial eleacutectrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal
cuando eacuteste se somete a una deformacioacuten mecaacutenica y se denomina efecto piezo-eleacutectrico
directo
Este efecto funciona tambieacuten a la inversa cuando se aplica un campo eleacutectrico a ciertas
caras de una formacioacuten cristalina esta experimenta distorsiones mecaacutenicas (efecto
piezo-eleacutectrico inverso) Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenoacutemeno
en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron efecto piezoeleacutectrico (del
griego piezein presionar)
Tipos de Polarizacioacuten
Hay varios mecanismos de polarizacioacuten de los dieleacutectricos a saber
Polarizacioacuten electroacutenica que consiste en un desplazamiento relativo de la nube
de electrones con relacioacuten al nuacutecleo atoacutemico
Polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica que consiste en un desplazamiento relativo de los
aacutetomos que constituyen la moleacutecula
Polarizacioacuten por orientacioacuten que consiste en una orientacioacuten de las moleacuteculas
polares bajo la accioacuten del campo aplicado
Polarizacioacuten por carga de espacio que es debida a cargas que pueden migrar
ciertas distancias dentro del material
La polarizacioacuten electroacutenica tiene lugar en los aacutetomos iones o moleacuteculas bajo la
influencia de un campo eleacutectrico aplicado se produce un desplazamiento de la nube
electroacutenica de cada aacutetomo de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas
se desplaza una distancia d del nuacutecleo positivo Este desplazamiento provoca la
formacioacuten de dipolos (dipolos inducidos) y la polarizacioacuten del aacutetomo
La polarizacioacuten ioacutenica o atoacutemica se presenta en sustancias ioacutenicas con moleacuteculas polares
o no polares las que como consecuencia del caraacutecter (ioacutenico o covalente) de la unioacuten
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
tienen aacutetomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan
solicitados por el campo exterior La polarizacioacuten por orientacioacuten se produce solamente
en las sustancias cuyas moleacuteculas son polares es decir que contienen dipolos auacuten sin la
presencia de campo eleacutectrico exterior Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se
orientan en presencia de un campo exterior con la consiguiente polarizacioacuten de la
sustancia
El resultado neto de la polarizacioacuten es la produccioacuten de una capa de cargas positivas
sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara El fenoacutemeno de
la polarizacioacuten puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la
influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos
Constante Dieleacutectrica Relativa
En 1837 Faraday demostroacute que si se llena completamente el espacio comprendido entre
dos placas de un capacitor con un dieleacutectrico la capacidad del capacitor queda
multiplicada por un factor k mayor que la unidad Este factor es el llamado poder
inductor especiacutefico o constante dieleacutectrica relativa (al vaciacuteo) εr y es independiente de la
forma del capacitor dependiendo exclusivamente del dieleacutectrico Al vaciacuteo se le asigna
el valor εr=1 el aire tiene un εr=100059 (se suele despreciar los decimales y
consideraacuterselo igual a 1)
Por definicioacuten la constante dieleacutectrica relativa de un medio es la relacioacuten entre la
capacidad de un capacitor con dicho medio como dieleacutectrico sobre la capacidad de otro
con el vaciacuteo como dieleacutectrico
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
POLARIZACIOacuteN EN MENAS METAacuteLICAS
La investigacioacuten microscoacutepica de menas metaacutelicas ha sido desde sus inicios una
importante herramienta para el control del proceso mineraluacutergico El volumen de las
operaciones actuales es tal que este control es imposible por los meacutetodos claacutesicos pero
la automatizacioacuten del proceso por anaacutelisis digital de imagen ADI se ha visto retrasada
entre otras cosas por la similar reflectancia R de menas importantes por limitaciones
instrumentales y metodoloacutegicas y por las dificultades que implica el anisotropismo las
cuales desaparecen evitando la polarizacioacuten
Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de la identificacioacuten y cuantificacioacuten
automatizadas mediante ADI a partir de medidas R con caacutemara viacutedeo 3CCD sobre
microscopio de reflexioacuten Asiacute lo corrobora el ensayo sistemaacutetico sobre las principales
menas Se describe la metodologiacutea secuenciada Implica una puesta a punto rigurosa del
equipo para controlar problemas instrumentales derivas ruidohellip el anaacutelisis estadiacutestico
y la aplicacioacuten de criterios complementarios metalogeneacuteticos y fiacutesicos
La utilizacioacuten de la teacutecnica de ADI Anaacutelisis Digital de Imagen como complemento de
estudios de microscopiacutea proporciona un eficaz soporte numeacuterico para la cuantificacioacuten
de paraacutemetros geomeacutetricos y densitomeacutetricos de los minerales La gran ventaja de esta
teacutecnica frente a otros meacutetodos de cuantificacioacuten claacutesicos como la platina integradora
sobre microscopio oacuteptico es su mayor versatilidad agilidad y potencia lo que permite
aumentar la base de observacioacuten y automatizar el tratamiento matemaacutetico de los datos
posibilitando no soacutelo resultados maacutes fiables y raacutepidos sino tambieacuten el abordar
problemas que por el volumen de trabajo que requieren seriacutean impracticables con
procedimientos tradicionales
El estudio automatizado de secciones pulidas para la identificacioacuten cuantificacioacuten y
caracterizacioacuten de las fases minerales presentes en las menas metaacute- licas puede constituir
un importante avance en el control y mejora de la eficiencia de los procesos
mineraluacutergicos facilitando la optimizacioacuten tanto del beneficio en siacute (recuperacioacuten) como
del uso de reactivos y proporcionando ademaacutes informaciones muy valiosas para evitar
o incluso remediar la contaminacioacuten del medio ambiente por residuos y efluentes Si se
dispusiese de una metodologiacutea asequible aacutegil y de aplicacioacuten general sin lugar a dudas
se habriacutea logrado una eficaciacutesima herramienta sin lugar a dudas uacutetil no soacutelo para los
problemas industriales (entre otros muchos) sino tambieacuten para la investigacioacuten
mineraloacutegica
Sin embargo el proceso de automatizacioacuten tropieza en el caso de las menas metaacutelicas
con importantes dificultades entre las que hay que destacar mdash la coincidencia al menos
parcial de los valores de color y reflectancia ndashlos que se van a cuantificar con el
microscopio oacutepticondash de numerosos minerales este problema lo resuelve el microscopista
experto recurriendo a otras observaciones complementarias de caraacutecter cualitativo que
resultan en conjunto diagnoacutesticas para la correcta identificacioacuten de cada fase mineral
entre ellas destacan las propiedades observadas con luz reflejada (pleocroiacutesmo
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
reflexiones internas colores de anisotropismo etc) pero eacutestas son por su propia
naturaleza difiacutecilmente cuantificables mdash la necesidad de prescindir para el proceso de
identificacioacuten automatizada de las propiedades ligadas a la polarizacioacuten es decir al
anisotropismo oacuteptico de los minerales a no ser que se recurra a la medida y correlacioacuten
de las propiedades para distintas orientaciones en cada grano rotando la platina o el
analizador lo que supone un proceso no soacutelo maacutes costoso y lento sino tambieacuten de
disentildeo maacutes complejo
Una alternativa empleada por algunos investigadores es el recurso al microscopio
electroacutenico de barrido y al anaacutelisis de sus imaacutegenes digitalizadas basadas en los datos
de composicioacuten quiacutemica de las fases minerales detectadas (pej CANMET Ottawa)El
MEB tiene ventajas y limitaciones frente al microscopio oacuteptico de las que existen
algunos estudios comparativos Una de sus limitaciones es la elevada inversioacuten
necesaria si se compara con el microscopio oacuteptico
La estrategia subyacente a la presente investigacioacuten es la de disentildear una metodologiacutea
eficaz para la mayor parte de los casos sobre todo los de intereacutes industrial pero que sea
al mismo tiempo asequible econoacutemicamente y que soacutelo requiera una infraestructura
instrumental de instalacioacuten y mantenimiento sencillos Estas condiciones son las que
requieren extensas regiones como Iberoameacuterica en las que los problemas industriales y
ambientales ligados al beneficio de los recursos minerales son importantes pero en las
que al mismo tiempo los problemas financieros son agudos Ello decanta claramente las
opciones a favor de la microscopiacutea oacuteptica que constituye la referencia baacutesica de la
presente investigacioacuten
Maacutes detalles acerca del meacutetodo de la polarizacioacuten inducida
Algunas rocas y depoacutesitos minerales no exhiben un potencial propio Solo al dejar pasar
una corriente por las rocas a traveacutes de un par de electrodos de corriente se genera una
polarizacioacuten inducida en ellos un proceso comparable a la carga de un acumulador
Despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente el potencial generado se puede medir un cierto
intervalo de tiempo todaviacutea mientras que se disminuye lentamente Se puede demostrar
el voltaje inducido midiendo la diferencia de potencial entre dos electrodos colocados
en la superficie un intervalo de tiempo definido despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente
Cuando una corriente pasa por material terrestre que no lleva minerales metaacutelicos la
cantidad de la corriente se relaciona con el potencial solo por la resistencia oacutehmica de
las formaciones rocosas penetradas Si las formaciones albergan minerales metaacutelicas las
corrientes provocan un intercambio de iones que ocurre en la superficie de contacto
entre los minerales y los electrolitos disueltos en los fluidos que llenan los espacios de
poros situados entre los granos Tal intercambio electroquiacutemico genera un voltaje
opuesto al flujo de corriente que pasa por el material Un voltaje adicional es necesario
para superar esta barrera creada por el intercambio electroquiacutemico Este voltaje
adicional necesario para dejar pasar la corriente por la barrera se denomina sobre voltaje
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
Al apagar la corriente introducida en el subsuelo los voltajes electroquiacutemicos se
diseminan paulatinamente Los voltajes desintegraacutendose paulatinamente se pueden
medir un cierto intervalo de tiempo despueacutes de haber apagado la corriente introducida
en el subsuelo La razoacuten entre la amplitud del sobre voltaje establecido inmediatamente
despueacutes de la interrupcioacuten de la corriente y la amplitud del sobre voltaje establecido
brevemente antes de la interrupcioacuten de la corriente es una medida para la concentracioacuten
de los minerales metaacutelicos en las formaciones rocosas que han sido penetradas por la
corriente
Introduciendo una corriente alterna en el subsuelo el sobre voltaje observado en la
superficie metaacutelica se disminuiraacute con la frecuencia aumentaacutendose pues que el
crecimiento del voltaje opuesto hasta su valor final requiere un intervalo de tiempo maacutes
largo en comparacioacuten con el periodo de tiempo que demoran los cambios de direccioacuten
de la corriente aplicada Con la frecuencia de la corriente alterna incrementaacutendose el
sobre voltaje alcanza un valor maacuteximo que representa una proporcioacuten disminuyeacutendose
de la amplitud de la corriente alterna La razoacuten del potencial de la polarizacioacuten alterna
inducida a dos distintas frecuencias estaacute relacionada con la concentracioacuten de los
minerales metaacutelicos situados a lo largo del corrido de la corriente Lo mismo vale para
la razoacuten entre la corriente alterna y la corriente directa
Tipo de roca Porcentaje de disminucioacuten de la
resistividad r
Rocas con sulfuros concentrados gt 10
Menas de poacuterfidos cupriacuteferos con un
contenido de 2 a 10 en sulfuros
5 - 10
Rocas con trazas de una mineralizacioacuten
con sulfuros
2 - 5
Areniscas y rocas de silt 1 - 3
Basaltos 1 - 2
Granitos 01 ndash 05
Procedimiento en el terreno
Las teacutecnicas empleadas en el terreno para medir la polarizacioacuten inducida semejan en
muchos aspectos a las empleadas para las mediciones de la resistividad La corriente se
introduce en el subsuelo con dos electrodos Para la transmisioacuten de la corriente en el
subsuelo se emplean transmisores
El potencial se mide entre dos otros electrodos despueacutes de haber interrumpido la
corriente Generalmente se mantiene la configuracioacuten de los electrodos uniforme y solo
se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
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se variacutea la posicioacuten de la configuracioacuten lateralmente a lo largo de un perfil Esta teacutecnica
es muy bien adecuada para el reconocimiento de aacutereas todaviacutea no conocidasLa
corriente introducida en el subsuelo puede ser de forma de pulsos generalmente
formados como ondas cuadraacuteticas o de forma de corrientes alternas de frecuencias muy
bajas (1Hz o menos)
Los datos provenientes de las corrientes alternas de frecuencias muy bajas usualmente
se comparan a una variedad de frecuencias Dos teacutecnicas de introducir los pulsos de
corriente en el subsuelo se emplean comuacutenmente
Una teacutecnica consiste en una sola interrupcioacuten repentina de la corriente directa pasando
por el subsuelo y en mediciones subsecuentes de las caracteriacutesticas de disminucioacuten del
voltaje La corriente pasa por el subsuelo un intervalo de tiempo de 1 a 5 min antes de
interrumpirla La duracioacuten del pulso debe ser registrada precisamente El voltaje
transitorio se registra en intervalos poco espaciados despueacutes de la interrupcioacuten de la
corriente o se lo registra continuamente Comuacutenmente se mide el aacuterea situado debajo de
la curva voltaje-tiempo (hasta el tiempo para que el voltaje no se puede registrar maacutes)
para determinar el sobre voltaje generado durante el corrido de la corriente
La otra teacutecnica hace uso de una serie de pulsos ideacutenticos repetidos en intervalos cortos
y uniformes La forma de la sentildeal puede ser distinta en comparacioacuten con la sentildeal
generada por un solo pulso tambieacuten si el intervalo entre los pulsos repetidos es largo
pues que la sentildeal disminuyeacutendose del primero pulso puede superponer la sentildeal
correspondiente al siguiente pulso El voltaje observado durante el periodo entre dos
pulsos se promedia y este promedio se usa para la interpretacioacuten de los datos
Videos para observar la polarizacioacuten eleacutectrica
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchv=686R2TWCIcIampfeature=related
YOUTUBE httpwwwyoutubecomwatchNR=1ampfeature=endscreenampv=45AAIl9_lsc
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
BIBLIOGRAFIacuteA
httpcatedrasfcaglpunlpeduargeofisicametodos-electricos-deprospeccionteoria-
1polarizacion-inducida
httpwwwclickonphysicsescmswp-contentuploadsPOLARIZACION-
ELECTRICApdf
httpwwwuclmesprofesoradomaarranzDocumentosalumnosmateriales0506
G1-ppt1111pdf
httpwww3uahesmarsFFIIPolarizacionpdf
httpwwwglossaryoilfieldslbcomesTermsiinduced_polarizationaspx
httpboletinsgmigeolcuunammxbsgmvolsepoca046501(1)Tejeropdf
httpwwwidmgeofisicacomarmetodos-geoelectricosphp
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