Tabla 2. Resistividades Referenciales de Aguas Naturales Genéricas

3.- MEDIDA DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO


De acuerdo con el principio de Caída de Potencial, todo esquema de medidas desde la superficie del suelo, implica la inyección de una corriente (I), que penetrando a cierta profundidad, circulará entre dos puntos del suelo de Resistividad ( r), creando un espectro de superficies equipotenciales en la que es posible establecer una diferencia de potencial ( Vs ) entre otros puntos diferentes, cuya ubicación es determinante para la medida de la Resistividad del suelo estratificado.

3.1. Disposición de Medidas-Método Simplificado

Se trata de la medida de la «Resistividad Equivalente» del suelo natural, basada en la medida directa, de la Resistencia absoluta ( Ro ) con la que se dispersa en forma radial una Corriente ( I ), a partir de un electrodo de forma hemisférica y Radio ( ro ) enterrado en el suelo natural, de Resistividad Equivalente ( req ), tomando como referencia otro electrodo suficientemente alejado, tal que la Resistencia Mutua entre ellos sea cero.

•  Esquema de Medidas de Campo
El único electrodo que puede ser introducido en el suelo (Fig 2), sin alterar el comportamiento eléctrico natural de este, es una varilla vertical (Electrodo Piloto) de diámetro (d) que puede ser clavada hasta una profundidad ( l ); entonces;conociendo la expresión analítica de su Resistencia de Dispersión ( Rd ) en función de sus dimensiones geometricas, se halla ( Ro ) al resolver Ro=Rd

Fig 2. Disposición de los Circuitos de Medida Método Simplificado con Electrodo Piloto

Se tendrá especial cuidado en dotar al Electrodo de Medida ( C ) del circuito de Corriente, de la mínima Resistencia de contacto con el Suelo, si es posible mediante un tratamiento local; el Electrodo del circuito de Potencial ( P ), puede ser clavado a ( 0.2m ) de profundidad humedeciendo el agujero guía (en suelo seco).

La longitud de los circuitos de medida, se determina con el concepto de Zona de Influencia de mínima Resistencia Mutua que puede ser del Orden del 3% es decir ( ro / rp = 0.03 )

Ejemplo:

- Longitud del Electrodo enterrado:
   l 1.5 m  ( ro = 0.22 m )

- Zona de Mínima Resistencia Mutua:
   ro/rp= 0.03 ( rp= 7.55 m )

- Longitud del Circuito de Corriente:
   rp = 0.618rd ( rd = 12.21m )

• Medidas y Resultado de las Medidas

La medida siempre se hará en suelo natural, sin cobertura de hierba fresca o humedad de riego reciente, ni instalaciones subterráneas próximas; se podrá utilizar un instrumento portátil de 3 o de 4 bornes que entrega directamente el valor de ( Ro ); los circuitos de medida tanto de Corriente ( EC ) como de Potencial ( EP ), pueden tener directrices diferentes, formando un ángulo cualquiera (<90º ).

Solo es suficiente una medida ( req1), pero si se desea una mayor consistencia se puede hacer una segunda medida ( req2 ) intercambiando las directrices y distancias; los resultados así obtenidos serán definitivos si su diferencia es menor que el (10% ), la Resistividad Equivalente ( req ) se halla haciendo el promedio.

Si la diferencia supera el (10%), se escogerán otras directrices diferentes y se repetirán las medidas.

• Ventajas y Limitaciones del Método

Este método tiene la ventaja de ser sencillo y expeditivo, por no existir procesamiento, pero adolece de limitaciones físicas para el clavado del Electrodo Piloto y limitaciones prácticas en suelos estratificados, dado que para longitudes diferentes, se obtienen Resistividades diferentes; asimismo en estratos gruesos de Alta Resistividad, dan valores con grandes errores; su mejor aplicación se obtiene en suelos arcillosos de baja Resistividad (suelos cultivables).

Se tendrá especial cuidado en lograr la mínima Resistencia de contacto para los Electrodos de medida, especialmente al del circuito de Corriente ( C ). 

3.2. Disposición de Medidas - Método WENNER

Se trata de la medida de la «Resistividad Aparente» del suelo natural, basado en la aplicación del principio de Caída Potencial, bajo condiciones geométricas simplificadas que fijan la equidistancia entre los ( 4 ) Electrodos de Medida necesarios, ( 2 ) de Corriente ( C1 y C2 ) y ( 2 ) de Potencial ( P1 y P2 ), que deben ser colocados en línea recta a distancias ( a ); desde los cuales se mide la Resistencia media de Conducción ( R ) del segmento de suelo ( P1, P2 ) de longitud ( a ), que se opone a la circulación de la corriente inyectada ( I ) entre los extremos ( C1, C2 ), de longitud ( 3a ).

• Esquema de Medidas de Campo
Los Electrodos de Medida, colocados en forma equidistante con un intervalo ( a ) propio para cada medida ( Fig. 3 ), deben ser clavados en el suelo firme a una profundidad máxima ( b=a/20 m ), con la finalidad de no introducir mayores errores; generalmente es suficiente considerar entre 0.15 m a 0.20 m; de otro lado, tomando la expresión básica ( Eletroredes 2001-1 ) que incluye el Factor de Forma con las respectivas distancias ( R1, R2 ) y ( r1, r2 ), entre los electrodos de corrriente y los electrodos de potencial; se deduce:

Fig. 3 Disposición de los Circuitos de Medida Método Geoeléctrico de WENNER

En caso de medir clavando los electrodos de medida con las profundidades indicadas, utilizando distancias (a<3m), se podrán hacer las correcciones necesarias aplicando la expresión; normalmente los errores resultantes son muy pequeños cuando el estrato superficial no tiene una cobertura delgada distinta.

• Medidas y Resultados de las Medidas
Las Medidas de la Resistividad Aparente ( ra ) para diferentes distancias ( a ) deberán hacerse en suelo natural, sin cobertura de hierba fresca, humedad reciente ni instalaciones subterráneas próximas; se utilizará un instrumento portátil de 4 bornes que sintetiza la magnitud de ( R ) a partir de la Corriente ( I ) y la diferencia de potencial ( Vs ); ambos circuitos de medida se mantendrán en línea recta para todos los Sondeos Geoeléctricos previstos. Los resultados son representativos para una profundidad media ( a ), idéntica a la distancia de medidas Wenner que se aplica.
El número de puntos de medida ( serie de puntos ) a ser realizados sobre una directriz ( Tabla 3 ), para una profundidad promedio de ( 8 m ) será mínimo ( 4 ) que corresponden a la serie simple, y dependiendo de la resolución que se desee lograr para la curva, se podrán agregar otros puntos intermedios y extremos series ( Fina 1, Fina 2 ); el procesamiento se hace como mínimo para suelo de dos estratos con los siguientes parámetros.

- La Resistividad Superficial (r1)
- La Resistividad Subyacente ( r2)
- El Espesor del Estrato r1(h1)

Tabla 3. Series de Distancias de Medida WENNER para una Profundidad media de 8 m

• Ventajas y Limitaciones del Método.
El Método WENNER esta Normalizado ( ASTM:G-57 ), y tiene la ventaja de ser sencillo y más preciso para fines de uso eléctrico que otros métodos basados en el mismo principio, dado que no exigen instrumentos de alta sensibilidad, son ideales para despliegues cortos (pequeña profundidad) tales como los que se necesitan para Puestas a Tierra y las variaciones laterales en este caso no le afectan; se aplican a todo tipo de suelos. 
Cuando la distancia de medidas es corta ( a<1m ), puede conllevar desviaciones dependientes de la delgada cobertura superior del suelo que a veces suele ser diferente que el estrato superficial ( r1 ); por ello, cuando se hace una serie de medidas simple de ( 4 puntos ), no deberá incluirse distancias ( a<1,0 m ), y cuando la Serie los incluye ( Series Fina 1 y Fina 2 ), aquellos que resulten absurdos deberán ser desestimados.

4.- EJECUCION DE MEDIDAS DE RESISTIVIDAD


Según se infiere de las ventajas y limitaciones de los métodos descritos, la única forma de obtener los resultados más precisos y confiables de Resistividad del suelo, sería midiendo con el Método de «Caída de Potencial» ( Fig. 4 ), es decir mediante dos circuitos independientes, uno de Corriente ( I ) y otro de potencial (Vs), utilizando 4 electrodos; en este caso todavía conviene remarcar lo siguiente:

Fig. 4 Medidas Wenner de la Resistividad Aparente del Suelo con un Telurómetro

•  Para el Diseño de Puestas a Tierra de Corriente Alterna, el Método de Wenner ( Fig 3 ) es el que permite obtener una mejor consistencia de los valores medidos y un procesamiento más sencillo de los mismos.
•  Será necesario llevar a cabo por lo menos una «Serie» de Medidas ( Simple o Fina ), con varios puntos sobre unatrayectoria rectilínea que pasa por el área en el que se hace la exploración.
•  Cada distancia de medidas ( a ) nos conduce a un valor «aparente» de la Resistividad (ra) obtenida, que no es representativa ni define al Suelo ni a ninguno de sus estratos.
•  Se requiere cumplir con el «Procesamiento» por comparación con una característica Patrón de La «Serie» de medidas exploratorias de campo, es representada por una curva de puntos ( ra, a ) que se grafica en escala Log-Log.
• El resultado del «Procesamiento» ya sea analítico (numérico ) o gráfico ( plantillas ) permite obtener el «Perfil Estratificado del Suelo» en por lo menos un Modelo de «Dos Estratos», con Resistividades, (r1) Superficial, (r2) Subyacente, (h1) Espesor de r1.

4.1 Criterios Básicos

La cobertura de instalación de las Puestas a Tierra que se consideran «Puntuales» no es muy extensa, como mínimo podría ser el área ocupada por un Pozo ( 1,0 m2 ) o una Zanja ( 3,0 m2 ), o medianamente por una combinación simple de ambos, en un armado que encierre una extensión menor que 100 m2; en este caso también conviene remarcar lo siguiente:
•  Las instalaciones de Puestas a Tierra no están destinadas al control de Potenciales anormales ni transferidos ( Tensiones de Toque y Paso ), tampoco constituye una exigencia del Diseño, su minimización.
•  Las Resistencias de Dispersión objetivo, generalmente no tienen exigencias severas, las estipulaciones reglamentarias, tales como el (CNE), fijan máximos de 25 Ohm hacia menores valores, en función de las instalaciones.

Fig. 5 Líneas de Medida de Resistividad Aparente (AA’, BB’) Principal, (CC’, DD’) Complementarios

• Normalmente se conoce el área disponible en el que deberá ubicarse la Puesta a Tierra; si es de forma cuadrada se podrá prever «un eje» de medidas ( Fig. 5 ), y si es longitudinal hasta «dos ejes»; la validez de los resultados supera los 15 m de Radio alrededor de ellos.


4.2 Procedimiento de Medición

• Por caja Eje se hacen pasar dos «Líneas de Medida» ortogonales ( AA', BB' ); según la importancia de la Puesta a Tierra se adopta la respectiva «Serie» de distancias de medida aplicable.
• Se ejecutan las series de medidas en ambas líneas y los puntos se grafican en papel Log-Log. Las curvas obtenidas deberán ser casi coincidentes o muy próximas.
• En caso de diferencias parciales o en tramos, se ejecutarán y graficarán nuevas medidas. Las líneas respectivas ( CC', DD' ), estarán a 45° de las dos primeras junto a las cuales se grafican.
•  Las curvas más próximas serán consideradas representativas ( Fig 6 ) y se promediarán punto por punto de medida, según la distancia ( a ) de la Serie Wenner. 
• Los puntos promedio de la curva así obtenida son los que se destinan al procesamiento para la determinación de las Resistividades de Diseño.

Fig. 6 Curvas de Puntos correspondientes a Cuatro Líneas de Medida Wenner

5.- CONDICIONES PARA LAS MEDIDAS DE RESISTIVIDAD DEL SUELO

Cuando el área está próxima a instalaciones eléctricas subterráneas o aéreas, especialmente de Alta Tensión, se optará por un alejamiento de 50 m; complementariamente se aplicarán las siguientes condiciones:

5.1 Para la Seguridad del Operador que mide cerca de Instalaciones Eléctricas Energizadas

•  Los Operadores de Medidas deben utilizar guantes y zapatos aislantes.
•  No medir bajo lluvia, neblina densa o Hr>80% cerca de Líneas Eléctricas o Subestaciones.
•  No medir cuando hay Tormentas y Rayos aguas arriba o aguas abajo de la Líneas Eléctricas.

5.2 Para Asegurar la Representatividad de las Medidas de Campo

•  Considerando la Estación climática del sitio.
•  Verano (costa), Estiaje (Sierra, Selva); aplicar valor directamente el resultado.
•  Invierno (costa), Lluvias (Sierra, Selva); aplicar el resultado corregido.
•  Evitar medir en suelos recién humedecidos por riego o lluvia, o en suelos removidos.
•  Anticipadamente Verificar el instrumento y los accesorios de medida.
•  Contrastación con Resistencia Patrón.
•  Prueba de aislamiento de los Conductores. 
•  Prueba de conducción de los Terminales.
•  Prueba de ajuste de los Conectores. 

5.3 Para Asegurar la Precisión de las Medidas

•  Evitar la superposición de los circuitos de medida ( I ) y ( Vs ). 
•  Asegurar buen contacto entre los Electrodos clavados y el Suelo.
•  Evitar paralelismo con Líneas Eléctricas Aéreas y Subterráneas.
•  Evitar proximidad con Objetos Conductores de superficie y subterráneos.
•  Evitar la influencia directa de los circuitos de Alta Tensión. 
•  Medir en horas de ausencia o mínimas corrientes erráticas o geomagnéticas.

6.- CONCLUSIONES

a. Se ha examinado en lo fundamental, el comportamiento del suelo como conductor eléctrico, a partir de su composición mineralizada y sus contenidos de sales y humedad, incluyendo las Tablas Referenciales que ayudan a una identificación preliminar de su Resistividad.

b. Se ha abordado el principio de las medidas simplificadas de la «Resistividad Equivalente» del suelo, indicando el método de aplicación práctica con un electrodo piloto, así como sus alcances y limitaciones en relación a la consistencia de los valores obtenidos.

c. Se ha sintetizado el arreglo del método de Medidas de WENNER, asociado al principio de Caída de Potencial, para la determinación de la «Resistividad Aparente» del suelo estratificado, indicando que es el método adecuado así como las pautas de su aplicación y sus ventajas respecto de otros métodos.

d. Se han dado los criterios Fundamentales para comprender el alcance real de las medidas de Resistividad del Suelo y las condiciones de su correcta ejecución en relación a la seguridad del operador, la representatividad de los resultados y también la precisión de las medidas.

Ing. Justo YANQUE M.
Lima, 2001