Entre estos métodos destacan; los activos basados en inyección de corriente continua y las técnicas pasivas.

Métodos eléctricos en corriente continua(cc).

Los métodos eléctricos son técnicassuficientemente probadas en numerosos problemas hidrogeológicos, geotécnicos, mineros etc. En cuanto al tipo de corriente se suele utilizar la corriente continua ya que se evitan problemas de inducción y capacidad. La corriente continua presenta el problema denominado de polarización de electrodos que consiste en el comportamiento como semi-elementos de una pila eléctrica de los electrodos introducidos en un medio electrolítico(conjunto suelo-agua) lo que genera una diferencia de potencial, entre electrodos, anómala. Este problema se evita hoy en día, mediante la inversión automática de la corriente en el equipo de inyección o en determinadas aplicaciones con el uso de electrodos impolarizables.

Los métodos eléctricos en cc se basan en la determinación de la resistividad de los materiales del terreno. Entre estos métodos destacan:Tomografía eléctrica, SEVs(sondeos eléctricos verticales) y Calicatas eléctricas.

La resistividad eléctrica ( p de un material se define como la resistencia eléctrica, medida entre dos caras paralelas, de un cubo de materia de dimensiones unitarias.En general para una forma de probeta definida por una longitud (L) y una sección (S) la resistencia viene dada por:

La resistividad es un parámetro físico intrínseco de cada material pero que para el caso de los suelos está muy influenciado por su porosidad y sobre todo por la cantidad de agua que ocupen sus poros y su contenido en sales que le confieren una menor resistencia al paso de la corriente. Es por eso que son técnicas muy utilizadas en la localización de zonas húmedas, acuíferos y en otros problemas hidrogeológicos.Para medir la resistividad, estos equipos, inyectan una corriente en el terreno mediante un par de electrodos y midenla diferencia de potencial generada entre otros dos.Laresistividad del suelo se calcula mediante la aplicaciónde la ley de Ohm. Cuando se inyecta una corriente mediante un electrodo puntual en un semiespacio homogéneo se produce un potencial que será igual en todos los puntos de una superficie semiesférica de radio r, con centro en el electrodo. Si inyectamos corriente entre dos electrodos A y B y medimos la diferencia de potencial entre otros dos M y N.

La resistividad se obtiene a partir de la expresión:

Donde K se denomina constante del dispositivo y será única paracada disposición de electrodos.

Esta resistividad será, para un subespacio homogéneo, la real. En caso de existir una estructura de capas o anomalías en el subespacio la resistividad será aparente (dependiente de las distintas resistividades atravesadaspor la corriente).

El valor de K da distintas denominaciones al dispositivo: dipolo-dipolo, wenner , slumberger…. Cada dispositivo tiene diferente respuesta, facilidad de instalación o de interpretación de resultados y también de las preferencias del operador. Lo que se conoce como tomografía eléctrica no es más que una mezcla del método SEV y el de calicatas aprovechando la capacidad de los equipos (resistivimetros) actuales para gestionar un número elevado de electrodos;el CEDEX dispone de un resistivimetro de la marca IRIS modelo SYSCAL que puede manejar hasta 96 (FIGURA 2).

Este método esel más utilizado,hoy día,para estudios geotécnicos e hidrogeológicos. Al igual que los dispositivos anteriormente mencionados se pueden utilizar las mismas disposiciones de electrodos : dipolo-dipolo, wenner etc. Se muestra un ejemplo de un dispositivo dipolo-dipolopara una tomografía eléctrica. Se comienza el ensayo mantenido el dipolo de inyección en la posición 1-2 y desplazando el de medida a la 3-4, 4-5.. y sucesivamente de manera que los puntos medidos se sitúan sobre la primera línea (a 45º grados) del primer dipolo a distintas profundidades.Estos dipolos nose mueven físicamente sino que, con la utilización de cables multinodos (tantos como electrodos), el equipo va inyectando corriente y midiendo según se le ha programado la secuencia de medida.Figura 2: resistivimetro del LG del CEDEX.

Figura 3: Dispositivo dipolo-dipolo. Se obtiene por tanto una malla de puntos de resistividades aparente hasta una profundidad dependiente de la apertura AB y de la longitud total del dispositivo.Lo que le da el nombre de Tomografíaeléctrica es la modelización 2-D de la resistividad del terreno utilizando técnicas numéricas (diferencias finitas o elementos finitos). En la figura siguiente se presenta un ejemplo del estudio de la cerrada de una balsa. En el lateral derecho se asienta un cajón de hormigón y por debajo de su asiento se detectan pérdidas de agua(menor resistividad) procedentes del vaso del embalse.

En la imagen siguiente se presenta un estudio de la estructura litológica de una ladera a cuyo pie trascurre un arroyo que aparece perfectamente determinado por la zona de menor resistividad.

Métodos pasivos: Potencial espontáneo.

El método del Potencial espontáneo es un método pasivo que se basa en la determinación de los potenciales eléctricos creados por la circulación de un electrolito (el agua con sus sales disueltas) a través de un medio poroso que puede estar constituido por un suelo, el cuerpo de una presa de materiales sueltos, la solera fracturada o alterada de un canal hidráulico etc.(ver Figura 6).

Como se ve la carga superficial de los granos minerales produce una fijación de los aniones lo que provoca, a través de la corriente de agua, un arrastre de los cationes libres dando lugar a una diferencia de potencial entre dos puntos. Como, también, se indica en la figura esta diferencia de potencial es pequeña (del orden de 10 a 300 mv) pero medible con la instrumentación disponible hoy día. Este proceso está incluido dentro del ámbito más amplio de los procesos electrocinéticos. Estos procesos, conocidos y utilizados, algunos, de forma industrial, son aquellos que implican los flujos simultáneos de fluido, electricidad, electrolitos y calor bajo la influencia de gradientes hidráulicos, térmicos y químicos y de manera que el transporte neto de fluidos y electrolitos depende de numerosas interacciones complejas. La evaluación cuantitativa y la predicción de los flujos hacennecesario que estas interacciones sean bien conocidas. Afortunadamente, la mayoría de los sistemas tienen relacioneslineales entre los flujos y sus correspondientes gradientes: es el caso para la ley de D’Arcy (relación entre flujo de fluido y gradiente hidráulico), ley de Ohm (relación entre la corriente eléctrica y el campo eléctrico), la ley de Fick (relaciona el flujo de un componente y el gradiente de concentración) y la ley de Fourier que relaciona el flujo de calor con el gradiente térmico.Entre esto flujos se producen flujos acoplados, es decir, cuando el flujo de un tipo determinado (en nuestro caso el eléctrico) es producido por un gradiente de otro tipo (en nuestro caso el hidráulico).

Como ejemplos de este tipo de procesos bien conocidos tenemos ; la electro-ósmosis el efecto Peltier, difusión en membranas etc..

El movimiento del agua está generado por un gradiente hidráulico. Este gradiente hidráulico se relaciona con el gradiente eléctrico a través de unos coeficientes mutuos de influencia, bien descritos en la teoría de la termodinámica de los procesos irreversibles, pero de difícil determinación enla práctica.Dada estadificultad experimental en la mayor parte de los casos suele recurrirse a una interpretación puramente cualitativa del fenómeno detectando in situ los puntos del terreno con mayor valor absoluto de potencial eléctrico y asociando dichos potenciales a vías preferentes de filtración.El equipo necesario, mínimo, para la adquisición de datos es relativamente sencillo; consiste en un voltímetro, de alta impedancia de entrada, con suficiente resolución como para medir milivoltios y de una pareja de electrodos. Estos electrodos, teóricamente, han de ser impolarizables, ya que los errores que pueden aparecer por el efecto de polarización de los electrodos serían de rango similar a las medidas, pero no son imprescindibles siempre que la obtención de datos se realice en un periodo de tiempo lo suficientemente corto para que no se produzca este efecto. El Laboratorio de Geotecnia del CEDEX en colaboración con la E.T.S.I de Minas de Madrid ha desarrollado una metodología y una serie de programas de interpretación que ha venido utilizando durante años en la localización de filtraciones, a través del espaldón de aguas arriba, en las presas de materiales sueltos.

La figura de la izquierda representa el potencial espontaneo medido bajo la superficie del agua y hasta setenta metros de profundidad.

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