Capitulo II Metodologa e Instrumentacin

Resistencia del suelo

Todas las sustancias se oponen en menor o mayor grado al paso de la corriente elctrica, esta oposicin es a la que llamamos resistencia elctrica. Definimos resistividad al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos. Se designa por la letra griega rho y se mide en ohm por metro -m. Como ya se haba mencionado el terreno es un conductor de la corriente elctrica y su resistencia va a variar dependiendo de los factores antes mencionados. Las lecturas de la resistividad suelo sern constantes si es homogneo se dir que La resistencia es real. En la prctica, el valor de resistividad obtenido de una medicin de terreno es una mezcla de las resistividades de diversos materiales. A este valor se le denomina resistencia aparente a.

Toda corriente que fluye a travs de un medio de alta resistividad, genera una diferencia de potencial importante en el medio. De lo que se desprende que la circulacin de corriente por el terreno puede desarrollar un gradiente de potencial (y por ende un campo elctrico) elevado y afectar extensas regiones, en particular sobre la superficie del suelo.

En general la variacin de resistividad en la direccin horizontal es reducida comparada con las dimensiones normales de una puesta a tierra y puede por lo tanto ser despreciada. Existen dos formas para determinarla, una es emprica mediante tablas y conocimiento del terreno y la otra efectuando la medicin directamente en el terreno con un instrumento de medicin llamado telurimetro.

Telurimetro

Es un aparato de medida utilizado para medir la resistividad de las tomas de tierra y pararrayos. Funciona inyectando una seal elctrica al terreno, por medio de electrodos auxiliares dispuestos en el terreno en un arreglo geomtrico, y de acuerdo a la corriente inyectada y la tensin medida sobre el terreno, se calcula la resistencia aparente del medio. Con este valor calculado se puede obtener el valor de la resistividad del suelo, adems nos Sirve para medir la calidad de la instalacin de puesta a tierra.

Consta de picas de prueba de una longitud pequea, cable ya calibrado e identificado por color, el dispositivo de procesamiento y un display de visualizacin. La medicin se debe realizar en forma instantnea y automtica, por

Lectura directa en una pantalla digital o analgica. La facultad de ingeniera cuenta con un telurimetro que se utilizara para las lecturas y pruebas del sistema a disear.

Telurimetro METER MI2124

El telurimetro marca METER fue diseado para medir Resistencia de Puestas a Tierra, la resistividad especfica de suelos en la que se basa la estimacin de calidad de la puesta a tierra de una instalacin. Es un instrumento profesional, porttil, alimentado por batera interna, pensado para llevar a cabo las medidas de Resistencia a Tierra de acuerdo con el standard de la CE EN 61557 - 5. El circuito electrnico del Medidor de Tierra ha sido resuelto con tecnologa de SMD (Surface Mounted Devices) que no requieren prcticamente ninguna intervencin de servicio. Un display de LCD (cristal lquido) adaptado a las prestaciones del instrumento dan una informacin clara y cmoda de los resultados parciales y finales de cada medicin as como de los avisos o mensajes que pueden generarse durante las tareas. Cuenta con un paquete de procesamiento e interpretacin de informacin con interfaz a la PC llamado SmartLink.

Aplicacin de corriente al terreno

Cuando en el terreno se inyecta una corriente atreves de un electrodo esta se dispersa de manera radial en del terreno, esta dispersin la llamaremos mdulo de densidad de la corriente que es una magnitud vectorial en funcin de la superficie que abarca como la corriente se distribuye de manera radial la evaluaremos como

Aplicando la integral de la densidad corriente y aplicando la ley de hom a la frmula para un electrodo o pica ser:

De esta teora se aplica para medir la resistencia del suelo aplicando corriente al terreno y medir los efectos de esta en el suelo, variando la distancia de los electrodos de voltaje y corriente se observan resultados diferentes para cada mtodo debido a el enfoque que se desee dar, pues que en algunos los resultados son ms precisos ya que estudian las resistividad de las diferentes capas del suelo.

Mtodo de Wenner

Elmtodo de loscuatro puntosde Wenner eselmtodo msprecisoypopular, debido a que:elmtodo obtiene laresistividad delsuelopara capasprofundassin enterrar loselectrodos a dichasprofundidadesno esnecesarioun equipo pesado para realizar lasmedidaslosresultados no son afectadospor laresistenciade loselectrodosauxiliareso loshuecos creadospara enterarlosen elterreno. Elmtodo consiste en enterrar pequeos electrodostipo varilla, en cuatro huecosen elsuelo,a una profundidadb yespaciados(enlnearecta) una distanciaacmoseilustraenla figura.

Una corriente I se inyecta entre los dos electrodos externos y el potencial V entre los dos electrodos internos es medido por el instrumento. El instrumento mide la resistencia R (=V/I) del volumen de suelo cilndrico de radio a encerrado entre los electrodos internos. La resistividad aparente delsueloa,ala profundidadaesaproximada porlasiguienteecuacin:

Dado que en laprctica ladistanciaa esmucho mayor que laprofundidad de enterramiento b, la ecuacinsesimplificadela siguientemanera:

Elespaciamientoadelelectrodoseinterpreta como la profundidad aproximada a la cual se lee la resistividad del suelo. Para caracterizar la variacin de la resistividad delsuelo dentro de un rea especfica, se deben realizar varios grupos demedidas(perfiles) endiferentesdirecciones. Diferentes lecturas tomadas con varios espaciamientos alineados dan un grupo de resistividades (perfil),que cuando son graficadascontra elespaciamiento,indican sihay capas diferentes de suelo ydan unaideadesurespectiva profundidadyresistividad.

MtododeSchlumberger-Palmer

En este arreglo, al igual que en el de Wenner, los electrodos de emisin (corriente) y medicin (tensin) estn situadosen lnea recta,lavariante de este arregloradicaen que laseparacin entre electrodoses,aunque simtrica,desigualpara la correspondiente entre loselectrodosde tensin y entreestosylosdecorriente.

El procedimiento consiste en separar progresivamente los electrodos, alrededorde un puntocentralpermanente,denominado puntodemxima exploracin. La frmulaconlacualsecalculalaresistividad aparente delterrenoes:

c: Eslaseparacin entre elelectrodo decorriente ysucorrespondientedetensin.

d:eslaseparacinentreloselectrodosde tensin.

Las caractersticas de este mtodo son para exploraciones profundas y nos da una lectura bastante acertada, el motivo de la poca utilizacin es que depende del dispositivo de medicin y el impulso de corriente que el aparato por lo que debe ser un aparato de alta potencia.

Modelado del suelo

Los modelos de resistividad del suelo mayormente usados son los de suelo homogneo y de dos capas.

El modelo de dos capas es normalmente una buena aproximacin si el terreno posee varias capas de resistividad, suelen emplearse para condiciones de suelo ms complejas, consiste de una capa superior de profundidad finita y con diferente resistividad que la capa inferior de profundidad infinita. Existen varias tcnicas para determinar un modelo equivalente de dos capas a partir de los datos de resistividad aparente obtenidos de las mediciones de campo. En algunos casos, un modelo de dos capas puede determinarse por inspeccin visual de la grfica de resistividad aparente contra la profundidad obtenida mediante el mtodo de Wenner.

Un modelo de suelo uniforme u homogneo puede ser usado slo cuando hay una moderada variacin en la resistividad aparente. Si hay una gran variacin en la resistividad aparente medida, el modelo homogneo es poco probable que produzca resultados precisos.

Modelo de suelo homogneo

Se considerar un suelo homogneo cuando los valores definitivos y representativos de resistividad aparente obtenidos para cada espaciamiento a, no se apartan en ms de un 30% del valor mximo de los mismos. Para efectos de modelacin del suelo, se asume entonces el valor promedio como la resistividad del terreno. Alternativamente puede aplicarse el mtodo estadstico de BoxCox, que busca un valor con probabilidad de 70% de ser el real, valor que se utilizar luego en los clculos necesarios para el diseo de la puesta a tierra.