La Tierra y La Resistividad
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1.
LA
TIERRA Y LA RESISTIVIDAD
El factor ms importante de la resistenciaa tierra no es el electrodo en s, sino laresistividad del suelo mismo, por ello esrequisito conocerla para calcular y disear lapuesta a tierra de sistemas.
La resistividad del suelo es lapropiedad que tiene ste, para conducirelectricidad, es conocida adems como la
resistencia especfica del terreno. En sumedicin, se promedian los efectos de lasdiferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que stos no suelen seruniformes en cuanto a su composicin, obtenindose lo que se denomina "ResistividadAparente" La resistiv idad del terreno vara ampliamente a lo largo y ancho del globoterrestre,estando determinada por:
Sales solubles Composicin propia del terreno Estratigrafa
Granulometra Estado higromtrico Temperatura Compactacin
Sales solubles
Resistencia del suelo
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La resistividad del suelo es determinadaprincipalmente por su cantidad de electrolitos; sto es,por la cantidad de humedad, minerales y sales disueltas.Como ejemplo, para valores de 1% (por peso) de sal(NaCl) o mayores, la resistividad es prcticamente lamisma, pero, para valores menores de esa cantidad, laresistividad es muy alta.
Composicin del terreno
La composicin del terrenodepende de la naturalezadel mismo. Por ejemplo, el suelode arcilla normal tiene una
resistividad de 40-500 ohm-m porlo que una varilla electrodoenterrada 3 m tendr unaresistencia a tierra de 15 a 200ohms respectivamente. Encambio, la resistividad de unterreno rocoso es de 5000 ohm-mo ms alta, y tratar de conseguiruna resistencia a tierra de unos100 ohm o menos con una sola varilla electrodo es virtualmente imposible.
Estratigrafa
El terreno obviamente no esuniforme en sus capas. En los 3 m delongitud de una varilla electrodo tpica,al menos se encuentran dos capasdiferentes de suelos. En XX seencuentran ejemplos de diferentesperfiles de resistividad.
Granulometra
Influye bastante sobre laporosidad y el poder retenedor de
humedad y sobre la calidad del contacto con los electrodos aumentando la resistiv idad conel mayor tamao de los granos de la tierra. Por esta razn la resistividad de la grava essuperior a la de la arena y de que sta sea mayor que la de la arcilla.
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Estado higromtrico
El contenido de agua y la humedadinfluyen en forma apreciable. Su valor varacon el clima, poca del ao, profundidad y elnivel fretico. Como ejemplo, la resistividaddel suelo se eleva considerablemente cuandoel contenido de humedad se reduce a menosdel 15% del peso de ste. Pero, un mayorcontenido de humedad del 15% mencionado,causa que la resistividad sea prcticamenteconstante. Y, puede tenerse el caso de queen tiempo de secas, un terreno puede tenertal resistividad que no pueda ser empleadoen el sistema de tierras. Por ello, el sistemadebe ser diseado tomando en cuenta laresistividad en el peor de los casos.
Temperatura
A medida que desciende la temperatura aumenta laresistividad del terreno y ese aumento se nota an ms alllegar a 0 C, hasta el punto que, a medida que es mayor lacantidad de agua en estado de congelacin, se va reduciendoel movimiento de los electrolitos los cuales influyen en laresistividad de la tierra.
Compactacin
La resistividad del terreno disminuye al aumentar lacompactacin del mismo. Por ello, se procurar siemprecolocar los electrodos en los terrenos ms compactosposibles. Se debe medir la resistividad del suelo, que es lapropiedad que tiene ste, para conducir electricidad, esconocida adems como la resistencia especfica del terreno.En su medicin, se promedian los efectos de las diferentes capas que componen el terrenobajo estudio, ya que stos no suelen ser uniformes en cuanto a su composicin,obtenindose lo que se denomina "Resistividad Aparente" o tambin conocida como"Resistividad del Terreno". Esta resistividad depende de varios factores entre ellos son:Sales solubles, Composicin propia del terreno, Estratigrafa, Granulometra, Estadohigromtrico, Temperatura, y Compactacin.
2.
PERFIL DEL TERRENO
Otro aspecto que hay que tomar en cuenta, para el diseo de los sistemas de puestaa tierra, son los perfiles del terreno. El perfil de la resistividad del suelo determinar elvalor de la resistencia a tierra y la profundidad de nuestro sistema de puesta a tierra.Existen tres tipos de perfiles de terrenos.
Perfil ascendente
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Perfil Descendente
Perfil Plano
3.
POR QU DETERMINAR LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO?
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La composicin, el
contenido en humedad yla temperatura influyenen la resistividad delterreno. El terreno es rara vez homogneoy, la resistividad del mismo varageogrficamente y a diversasprofundidades. Asimismo, las varillas detoma de tierra se deben instalar en unlugar donde haya temperatura estable, porejemplo, por debajo de la profundidad dela helada.Para que un sistema de conexina tierra sea eficaz, debe estar diseadopara soportar las peores condicionesposibles.
4.
METODOS PARA MEDIR LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO.
Desde el punto de vista geofsico los mtodos pueden ser: Gravimtrico, Magntico,
Elctrico (Resistividad, Autopotencial, Polarizacin inducida, Magnetotelrico, Ssmico
(Reflexin y refraccin) y Radiactivo. Tenemos por otro lado los Mtodos geoelctricos,
divididos en:
Mtodos de campo natural: Mtodo de
potencial espontneo, Mtodo de
corrientes telricas y Mtodo magneto
telrico Mtodos de campo artificial.
Mtodos de campo constante C.C.:Mtodo
de las lneas equipotenciales y del cuerpo
cargado, Sondeos elctricos (Simtricos,
dipolares, etc.) Calicatas elctricas (Muchas
modalidades) y Medicin magntica de
resistividades.
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Mtodos de campo variable:
Sondeos de frecuencia,
Sondeos por establecimiento
de campo (Transitorios),
Calicatas electromagnticas
(Mtodos de Inclinacin de
campo, Turam, Slingram,
etc.), Mtodo "Radio - Kip" y
Mtodo de Radiografa
hertizian
5.
ETAPAS BASICAS PARA REALIZAR LA MEDICION DE LA RESISTIVIDAD DE UNTERRENO
Planteamiento del problema: Recopilacin de datos geolgicos y de otra ndolesobre la zona de trabajo.
Eleccin del modelo de medicin: Esto se hace en funcin del objetivo que sequiere alcanzar y sus circunstancias.
Programacin detallada del trabajo de campo.
Ejecucin del trabajo de campo. Recopilacin y elaboracin de los datos recopilados: Comprende la interpretacin
de los datos y resultados anteriores , seguida de las conclusiones y
recomendaciones pertinentes.
Informe final y certificacin de la medicin.
6.METODO WENNER PARA MEDIR LA RESISTIVIDAD DEL SUELO
El mtodo consiste en clavar en el terreno cuatro electrodos (picas), alineadas y con
separacin constante D, como se muestra en la figura:
Para la obtencin del valor de la resistiv idad media del terreno se debe aplicar
la ecuacin de Wenner que, en su forma simplificada es:
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=2 RD
Donde:
= valor de la resistividad media del terreno.
=3.14159R = Valor indicado en el instrumento de medicin.
D = Distancia entre electrodos expresada en metros.
De esta forma se obtiene la resistividad media del terreno desde la superficie
hasta una profundidad igual a la distancia D entre electrodos. Realizando diversas
mediciones con diferentes distancias entre electrodos se obtiene la informacin
requerida para determinar las capas del terreno.
La forma simplificada de la ecuacin de Wenner puede aplicarse siempre quela profundidad de penetracin de cada electrodo sea despreciable comparada con
la distancia D.
7.
DATOS BASICOS PARA REALIZAR LA MEDICION DE LA RESISTIVIDAD DE UNTERRENO.
Los datos bsicos necesarios para realizar la medicin de resistividad de suelos deben ser:
Sitio de aplicacin.
Ciudad.
Proyecto.
Fecha
Estado del terreno
Color del suelo. Tipo de suelo.
Mtodo de Medicin
Ubicacin de la lnea de electrodos
Separacin de los electrodos
Valor de la resistencia.
Resistividad
Curva de la resistividad
Responsable de la medicin
Asistentes a la medicin Recomendaciones
La firma del protocolo
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8.INSTRUMENTOS Y/O EQUIPOS USADOS PARA MEDIR LA RESISTIVIDAD DEL SUELO.
Para medir la resistividad del suelo se requiere de un termmetro (llamado en otros
pases: termmetro) o Megger de tierras de cuatro terminales. Los aparatos de mayor uso,
de acuerdo a su principio de operacin, pueden ser de 2 tipos: del tipo de compensacin
de equilibrio en cero y el de lectura directa. Los termmetros deben inyectar una corriente
de frecuencia que no sea de 60 Hz para evitar se midan voltajes y corrientes que no se
deban al aparato sino a ruidos elctricos. Por ejemplo, si estamos cerca de una subestacin
o de una lnea en servicio, y vamos a realizar mediciones de resistividad y resistencia de
tierra, con un aparato de 60 Hz, dichos sistemas van a inducir corrientes por el suelo debido
a los campos electromagnticos de 60 Hz y darn una lectura errnea.
Megger de tierras de cuatro terminales