CAPÍTULO II: RESISTIVIDAD APARENTE DEL SUELO Y PRINCIPIOS DE
2.3 MÉTODOS PARA LA MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD APARENTE DEL
Se denomina resistividad aparente ( ) debido a que siempre se puede calcular, solo se necesita conocer la localización de los electrodos de prueba, la tensión y la corriente aplicados. Sin embargo la tierra no tiene una resistividad constante, la resistividad varía con la trayectoria vertical y horizontal, de este modo, la resistividad calculada no representa la verdadera resistividad del suelo, de ahí el término de resistividad aparente. [5]
2.3.1 Método de Wenner o de los cuatro puntos [2] 2.3.1.1 Generalidades
Para efectuar la medición de resistividad del suelo es necesario hacer circular una corriente por el mismo, el método más usual es el de Frank-Wenner denominado también método de los cuatro electrodos, el equipo de medición utilizado es el medidor de rigidez dieléctrica (megger).
2.3.1.2 Principio de medición [2]
El método de los cuatro puntos de Wenner, es la técnica más utilizada actualmente. Consiste básicamente en cuatro electrodos enterrados dentro del suelo a lo largo de una línea recta, a una igual distancia “A” de separación, enterrados a una profundidad “B”. La tensión entre los dos electrodos interiores de potencial “P” es medida y dividida entre la corriente que fluye a través de los otros dos electrodos externos “C” para dar un valor de resistencia mutua R en ohms. Con este arreglo, los electrodos están igualmente espaciados, como se muestra en la figura 2.8.
Figura 2.8 Principio de medición de resistividad aparente del suelo por el método de Wenner. [2]
PROPUESTA DE DISEÑO DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Y MEDICION DE RESISTENCIA A TIERRA DE LA SUBESTACIÓN LAS FRESAS BANCO I
Figura 2.9 Esquema de medición de resistividad aparente del suelo por el método de Wenner [2].
Donde:
A Separación entre varillas adyacentes en m. B Profundidad de los electrodos en m.
C Electrodo de corriente. P Electrodo de potencial 2.3.1.3 Material y equipo [2]
a) Equipo contrastado de medición de resistencia a tierra.
b) Electrodos de prueba originales que vienen con el equipo de medición, generalmente fabricados en acero templado o acero inoxidable con diámetro de 0.475 a 0.635 cm y longitudes de 30 a 60 cm son adecuadas para la mayoría de las mediciones en campo. Los electrodos deben estar construidos con una manija y una terminal para conectar el cable.
c) Cable de cobre con un aislamiento para 600 V, de 0.8236-0.3259 mm2. Las terminales deben de tener buena calidad para asegurar una baja resistencia de contacto en los electrodos y el equipo de medición. Cuando se realicen mediciones con espaciamientos fijos de electrodos puede fabricarse un cable multiconductor con terminales permanentemente localizadas en las distancias requeridas.
d) Marro para clavar los electrodos. e) Guantes de cuero.
2.3.1.4 Procedimiento de medición [2]
Se recomienda realizar las mediciones en la época de menor humedad anual.
a) Como primer paso se debe dividir el terreno en cuadros de 10 por 10 m, cada cuadro va a formar una sección, se deben de enumerar en un plano las secciones que resulten.
b) Seleccionar aleatoriamente las secciones en donde se van a realizar las mediciones, de preferencia la mayor parte de los cuadros seleccionados deben de estar en la periferia del terreno.
c) Trazar diagonales en cada sección que va a ser muestreada como se indica en la figura 2.10, seleccionar una diagonal para que sobre esta se realicen las mediciones.
Figura 2.10 Direcciones para la medición en campo. [2]
d) Partiendo del centro de la diagonal y a lo largo de la misma, colocar los cuatro electrodos de prueba (varillas) en el suelo a una profundidad mínima de 20 cm formando una línea recta entre ellas, evitando la existencia de huecos alrededor de las varillas.
e) Las terminales de corriente del instrumento C1 y C2 se conectan a los electrodos de prueba (varillas) en los extremos, y de las de potencial P1 y P2 a los electrodos de prueba (varillas) intermedias.
f) Se energiza el instrumento (de acuerdo con su instructivo) y se toman las lecturas respectivas de resistencia en .
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g) Se calcula la resistividad tomando en cuenta lo siguiente:
Si la relación A/B es menor a 20, entonces se utilizará la fórmula 2.3 para calcular la resistividad del terreno.
2 2 2 2
A
B
A
4B
A
2A
1
AR
4
+
−
+
+
=
π
2.3 Donde:Resistividad aparente del suelo en -m.
A Separación entre electrodos adyacentes en m. B Profundidad de los electrodos en m.
R Resistencia medida en .
Si la longitud “B” es mucho menor que la longitud “A”, es decir, cuando la relación A/B sea mayor o igual a 20, puede suponerse B=0 y la resistividad aparente del suelo se determinará mediante la fórmula 2.4.
AR
2π
=
2.4Donde:
Resistividad aparente del suelo en -m.
A Separación entre electrodos adyacentes en m. R Resistencia medida en .
h) Se trazan líneas de prueba en diagonal al área bajo análisis, y comenzando al centro de la línea se procede a varias la separación de las puntas de prueba a 0.5, 1,2 y 3 m como mínimo.
i) Las lecturas obtenidas se reportan en un formato para la medición similar al que se muestra en el punto 2.3.1.6.
j) Se trazan las gráficas vs separación A para cada sección, para adoptar el modelo de estudio que permita la interpretación de las mediciones, esto con el fin de obtener la resistividad de diseño del Sistema de Puesta a Tierra.
2.3.1.5 Recomendaciones
a) Para terrenos secos, se puede humedecer ligeramente el terreno alrededor de cada electrodo vertical.
b) Los electrodos de acero templado y de acero inoxidable pueden requerir tratamientos térmicos para que sean lo suficientemente rígidos para ser insertados en suelos secos o rocosos.
c) La medición de la resistividad aparente del suelo es comúnmente distorsionada por la existencia de corrientes de tierra y sus armónicas. Para corregir esto, muchos equipos tienen un sistema de control de frecuencia que permite seleccionar la frecuencia de medición con la menor cantidad de ruido y así obtener una medición clara.
2.3.1.6 Formato de medición. [2]
En la tabla 2.1 se presenta un formato típico para registrar las mediciones de resistividad aparente del suelo.
Proyecto:
Número de secciones:
Área de las secciones:
Fecha: Hora: Responsable: Equipo utilizado: Temperatura ambiente: Humedad relativa %: Sección Enterrado de las probetas en metros (B) Separación entre electrodos en metros (A) Valor de resistencia medido Relación A/B Resistividad calculada en ohms-metro. 0.5 1 2 3 4 … … Promedio
Nota: Cuando las variaciones de los valores de resistividad no sean mayores del 30%, se podrá realizar un promedio de todas las mediciones, sin embargo cuando exista una variación significativa entre los valores, se promediaran el valor más alto y el más bajo para obtener un valor de resistividad de esa sección.
Tabla 2.1.- Formato de registro de mediciones de resistividad aparente del suelo [2].
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2.3.2 Medición de resistividad por el método de Schlumberger [2]
Una desventaja del método de Wenner es el decremento rápido en la magnitud de la tensión entre los dos electrodos interiores cuando su espaciamiento se incrementa a valores muy grandes. Para medir la resistividad con espaciamientos muy grandes entre los electrodos de corriente, puede utilizarse el arreglo de Schlumberger, cuyo principio de medición se muestraen la figura 2.11.
Los electrodos de potencial se localizan lo más cerca posible de los correspondientes electrodos de corriente, esto incrementa el potencial medido. Además, con valores grandes de d/L, las variaciones de los valores medidos debidos a irregularidades en la superficie, se reducen dando mediciones más exactas.
Figura 2.11 Principio de medición de resistividad aparente del suelo por el método de Schlumberger [2].
Figura 2.12 Esquema de medición de resistividad aparente del suelo por el método de Schlumberger [2].
Donde:
B Profundidad de electrodos de prueba en m.
c distancia entre electrodos de corriente y potencial. d distancia entre electrodos de potencial.
C Electrodo de corriente. P Electrodo de potencial.
La expresión para calcular la resistividad por este método es:
d)/d
Rc(c+
=π
2.5A continuación se presentan algunos valores típicos de resistividad en la tabla 2.2. Tipo de suelo o agua Resistividad (ΩΩΩΩ-m) Limites (ΩΩΩΩ-m) Agua de mar 2 0.1 - 10 Arcilla 40 8 a 70 Lodos 50 10 a 150
Arcilla y mezclas de arenas 100 4 a 300
Esquisto, pizarras, piedra arenisca, etc., 120 10 a 100
Turba, marga con barro 150 5 a 250
Agua dulce 250 100 a 400 Arena 2000 200 a 3000 Grava morena 3000 40 a 10000 Grava volcánica 15000 300 a 30000 Granito sólido 25000 10000 a 50000 Hielo 100000 10000 a 100000
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2.4 INTERPRETACIÓN DE MEDICIONES DE RESISTIVIDAD APARENTE DEL