SONDEO
GEOELÉCTRICO.
MÉTODO DE
WENNER
Y
SCHLUMBERGER.
INTEGRANTES.
Carlos Pastén Gárate.
Jaime Lucero
Tapia.
INGENIERÍA
EN ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA.
SECCIÓN 2.
PROFESOR.
Sergio Rojas
Marambio.
28 de
Noviembre del 2013.
ÍNDICE.
ÍNDICE. Página. 1.
INTRODUCCIÓN. Página. 2.
EXPERIENCIA EN TERRENO Y PROCEDIMIENTO. Página. 9.
TABLA CON MEDICIONES Y CÁLCULOS. Página. 10.
FOTOS DE LA EXPERIENCIA. Página. 12.
CONCLUSIONES Y GRÁFICOS. Página. 13.
INSTRUMENTOS. Página. 14.
BIBLIOGRAFÍA. Página. 16.
INTRODUCCIÓN.
El factor más
importante de la resistencia a tierra no es el electrodo en sí, sino la
resistividad del suelo mismo, por ello es requisito conocerla para calcular y
diseñar la puesta a tierra de sistemas.
La resistividad del suelo es la propiedad que
tiene éste, para conducir electricidad, es conocida además como la
resistencia específica del terreno. En su medición, se promedian los efectos de
las diferentes capas que componen el terreno bajo estudio, ya que éstos no
suelen ser uniformes en cuanto a su composición, obteniéndose lo que se
denomina "Resistividad Aparente" que para el interés de este
trabajo, será conocida simplemente como "Resistividad del Terreno".
En
De acuerdo con la NOM-008 -SCFI-1993, Su
representación dimensional debe estar expresada en Ohm-m, cuya acepción es
utilizada internacionalmente.
La resistividad del terreno varía
ampliamente a lo largo y ancho del globo terrestre, estando determinada por:
- Sales solubles
- Composición propia
del terreno
- Estratigrafía
- Granulometría
- Estado
higrométrico
- Temperatura
- Compactación
SALES SOLUBLES
La resistividad
del suelo es determinada principalmente por su cantidad de electrolitos; ésto
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
prácticamente la misma, pero, para valores menores de esa cantidad, la
resistividad es muy alta.
COMPOSICIÓN DEL TERRENO
La composición del
terreno depende de la naturaleza del mismo. Por ejemplo, el suelo de
arcilla normal tiene una resistividad de 40-500 ohm-m por lo que una varilla
electrodo enterrada 3 m
tendrá una resistencia a tierra de 15
a 200 ohms respectivamente. En cambio, la resistividad de
un terreno rocoso es de 5000 ohm-m o más alta, y tratar de conseguir una
resistencia a tierra de unos 100 ohm o menos con una sola varilla electrodo es
virtualmente imposible.
ESTRATIGRAFÍA
El terreno
obviamente no es uniforme en sus capas. En los 3 m de longitud de una varilla
electrodo típica, al menos se encuentran dos capas diferentes de suelos. En XX se encuentran ejemplos de
diferentes perfiles de resistividad.
GRANULOMETRÍA
Influye bastante
sobre la porosidad y el poder retenedor de humedad y sobre la calidad del
contacto con los electrodos aumentando la resistividad con el mayor tamaño de
los granos de la tierra. Por esta razón la resistividad de la grava es superior
a la de la arena y de que ésta sea mayor que la de la arcilla.
ESTADO HIGROMÉTRICO
El contenido de
agua y la humedad influyen en forma apreciable. Su valor varía con el clima,
época del año, profundidad y el nivel freático. Como ejemplo, la resistividad
del suelo se eleva considerablemente cuando el contenido de humedad se reduce a
menos del 15% del peso
de éste. Pero, un mayor contenido de humedad del 15%
mencionado, causa que la resistividad sea prácticamente constante. Y, puede
tenerse el caso de que en tiempo de secas, un terreno puede tener tal
resistividad que no pueda ser empleado en el sistema de tierras. Por ello, el
sistema debe ser diseñado tomando en cuenta la resistividad en el peor de los
casos.
TEMPERATURA
A medida que
desciende la temperatura aumenta la resistividad del terreno y ese aumento se
nota aún más al llegar a 0° C, hasta el punto que, a medida que es mayor
la cantidad de agua en estado de congelación, se va reduciendo el movimiento de
los electrolitos los cuales influyen en la resistividad de la tierra
COMPACTACIÓN
La resistividad del terreno disminuye
al aumentar la compactación del mismo. Por ello, se procurará siempre colocar
los electrodos en los terrenos más compactos posibles.
La resistividad
del terreno se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad y grueso de
la roca en estudios geofísicos, así como para encontrar los puntos óptimos para
localizar la red de tierras de una subestación, sistema electrónico, planta
generadora o transmisora de radiofrecuencia. Asimismo puede ser empleada para
indicar el grado de corrosión de tuberías subterráneas.
En general, los
lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosión.
En este punto es
necesario aclarar que la medición de la resistividad del terreno, no es
requisito para hacer una malla de puesta a tierra. Aunque para diseñar un
sistema de tierras de gran tamaño, es
aconsejable encontrar el área de más baja resistividad
para lograr la instalación más económica.
El perfil de la
resistividad del suelo determinará el valor de la resistencia a tierra y la
profundidad de nuestro sistema de puesta a tierra.
Para medir la
resistividad del suelo se requiere de un terrómetro (llamado en otros países:
telurómetro) o Megger de tierras de cuatro terminales.
Los aparatos de
mayor uso, de acuerdo a su principio de operación, pueden ser de 2 tipos: del
tipo de compensación de equilibrio en cero y el de lectura directa.
Los terrómetros
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
eléctricos. Por ejemplo, si estamos cerca de una subestación o de una línea 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 electromagnéticos de 60 Hz y darán una lectura
errónea.
De igual manera
sucede cuando los electrodos de prueba están mal conectados o tienen falsos
contactos, darán señales falsas de corriente y voltaje. Si hay corrientes
distintas a las que envió el aparato, éste leerá otras señales de voltaje y
corriente que no son las adecuadas.
También estos
aparatos de repente tienen oscilaciones en sus lecturas y no es posible
leerlas.
Un aparato
inteligente, lleva conductores blindados, coaxiales, tiene sistemas de
filtraje, de análisis y mide lo que halla, pero esa información la analiza, la
filtra y luego la deduce. Por ejemplo, para hacer una medición manda una señal
de 100 Hz y mide; luego manda otra señal de 150 Hz y vuelve a medir y puede
seguir enviando otras altas frecuencias hasta que los valores van siendo
similares, forma una estadística y obtiene un promedio.
Los terrómetros
son analógicos o digitales y deben contener 4 carretes de cable calibre 14 AWG normalmente.
Para enrrollamiento rápido se recomienda construir un sistema devanador que
permita reducir el tiempo de la medición. También traen 4 electrodos de
material con la dureza suficiente para ser hincados en la tierra con marro. Son
de una longitud aproximada de 60
cm y un diámetro de 16 mm . Además de lo anterior
se hace necesario contar con una cinta no metálica de 50 m aproximadamente.
Los terrómetros
tienen cuatro terminales 2 de corriente (C1, C2) y 2 de potencial (P1, P2) y
están numerados en el aparato C1 P1 P2 C2. Los terrómetros deben estar
certificados y probados en el campo con una resistencia antes de realizar las
mediciones.
Como la medición obtenida por un terrómetro es puntual, se deben hacer
mediciones en un sentido, en otro a 90 grados del primero, y, en el sentido de
las diagonales. En la medición de resistividad de un terreno, es común
encontrar valores muy dispares, causados por la geología del terreno, por lo
que es una práctica común de una tabla con lecturas, el eliminar los valores
que estén 50% arriba o abajo del promedio aritmético de todos los valores
capturados.
En 1915, el Dr. Frank Wenner del U.S. Bureau of Standards desarrolló la teoría de este método de
prueba, y la ecuación que lleva su nombre.
Con objeto de medir la resistividad del suelo se hace
necesario insertar los 4 electrodos en el suelo. Los cuatro electrodos se
colocan en línea recta y a una misma profundidad de penetración, las mediciones
de resistividad dependerán de la distancia entre electrodos y de la
resistividad del terreno, y por el contrario no dependen en forma apreciable
del tamaño y del material de los electrodos, aunque sí dependen de la clase de
contacto que se haga con la tierra.
El principio básico de este método es
la inyección de una corriente directa o de baja frecuencia a través de la
tierra entre dos electrodos C1
y C2 mientras que el potencial que
aparece se mide entre dos electrodos P1 y P2. Estos electrodos están enterrados
en línea recta y a igual separación entre ellos. La razón V/I es conocida como
la resistencia aparente. La resistividad aparente del terreno es una función de
esta resistencia y de la geometría del electrodo.
El método de
Schlumberger es una modificación del método de Wenner, ya que también emplea 4
electrodos, pero en este caso la separación entre los electrodos centrales o de
potencial (a) se mantiene constante, y las mediciones se realizan variando la
distancia de los electrodos exteriores a partir de los electrodos interiores, a
distancia múltiplos (na) de la separación base de los electrodos internos (a).
La configuración,
así como la expresión de la resistividad correspondiente a este método de
medición se muestra en la figura.
El método de Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren
conocer las resistividades de capas más profundas, sin necesidad de realizar
muchas mediciones como con el método Wenner. Se utiliza también cuando los
aparatos de medición son poco inteligentes. Solamente se recomienda hacer
mediciones a 90 grados para que no resulten afectadas las lecturas por
estructuras subterráneas.
EXPERIENCIA EN TERRENO Y PROCEDIMIENTO.
La experiencia de medición de resistencia
del terreno se realiza en la
Plaza Club Hípico a partir de las 8:30 A.m.
El procedimiento es el siguiente:
- Se ubica el terreno a medir
en una línea recta de 30
metros aproximados libre de obstáculos.
- Se busca la información de
la temperatura ambiente y de la humedad relativa del aire.
- Se establece el
funcionamiento del equipo de medida y se anota la marca y modelo de éste.
- Desde el centro se
extienden 2 huinchas de medir en ambos sentidos.
- Se extienden los cables del
equipo. Rojo y Azul en una dirección y Verde y Negro en la dirección opuesta.
- Se procede a enterrar los
electrodos a 20 cms. de profundidad para cada una de las medidas tomadas y para
los 2 métodos utilizados.
- Se toma nota de cada una de
las medidas.
- Se guardan los cables,
huinchas, electrodos y equipo en la maleta.
TABLAS CON MEDICIONES Y CÁLCULOS.
MEDIDA DE RESISTIVIDAD DEL
TERRENO
FECHA. 16
DE NOVIEMBRE DEL 2013.
DIRECCIÓN. PLAZA
CLUB HÍPICO, GRAJALES ALTURA 2142.
COMUNA. SANTIAGO
CENTRO, REGIÓN METROPOLITANA.
INSTRUMENTO UTILIZADO. MEDIDOR
DE RESISTENCIA DE TIERRA, AEMC MOD.6471.
TIPO DE TERRENO. GRAVA
DE SANTIAGO (SUELO FIRME).
TEMPERATURA . 19º CELSIUS.
HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE. 37 %.
REALIZADO POR. CARLOS
PASTÉN Gárate. – jaime lucero tapía.
MÉTODO UTILIZADO. WENNER.
|
Nº DE MEDICIÓN
|
A(m)
|
|
r
(OHMS)
|
|
|
ra
(oHMs-Metro)
|
|
1
|
0,8
|
|
3,879
|
|
|
19,49
|
|
2
|
1
|
|
3,388
|
|
|
21,287
|
|
3
|
1,5
|
|
3,028
|
|
|
28,538
|
|
4
|
2,0
|
|
2,914
|
|
|
36,618
|
|
5
|
3,0
|
|
2,991
|
|
|
56,379
|
|
6
|
4,0
|
|
2,79
|
|
|
70,12
|
|
7
|
5,0
|
|
2,599
|
|
|
81,649
|
|
8
|
6,0
|
|
2,47
|
|
|
93,87
|
|
9
|
7,0
|
|
2,267
|
|
|
99,707
|
|
10
|
8,0
|
|
2,043
|
|
|
102,69
|
|
11
|
9,0
|
|
1,832
|
|
|
103,59
|
|
12
|
10
|
|
1,33
|
|
|
83,566
|
|
13
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
total
|
797,504
|
|
|
|
|
|
|
Prom.
|
66,458
|
MEDIDA DE RESISTIVIDAD DEL
TERRENO
FECHA. 16 DE
NOVIEMBRE DEL 2013.
DIRECCIÓN. PLAZA
CLUB HÍPICO, GRAJALES ALTURA 2142.
COMUNA. SANTIAGO
CENTRO, REGIÓN METROPOLITANA.
INSTRUMENTO UTILIZADO. MEDIDOR
DE RESISTENCIA DE TIERRA, AEMC MOD.6471.
TIPO DE TERRENO. GRAVA
DE SANTIAGO (SUELO FIRME).
TEMPERATURA . 19º CELSIUS.
HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE. 37 %.
REALIZADO POR. CARLOS
PASTÉN Gárate . – Jaime lucero tapia.
MÉTODO UTILIZADO. SCHLUMBERGER.
|
Nº DE MEDICIÓN
|
A(m)
|
N
|
N+1
|
L(M)
|
R(OHMS)
|
ra
(oHMs-Metro)
|
|
1
|
1
|
0,2
|
1,2
|
0,7
|
46
|
34,683
|
|
2
|
1
|
0,5
|
1,5
|
1
|
8,833
|
20,812
|
|
3
|
1
|
1
|
2
|
1,5
|
3,517
|
22,097
|
|
4
|
1
|
1,5
|
2,5
|
2,0
|
2,385
|
28,097
|
|
5
|
1
|
2,5
|
3,5
|
3,0
|
1,638
|
45,026
|
|
6
|
1
|
3,5
|
4,5
|
4,0
|
1,201
|
59,425
|
|
7
|
1
|
4,5
|
5,5
|
5,0
|
0,931
|
72,389
|
|
8
|
1
|
5,5
|
6,5
|
6,0
|
0,757
|
85,020
|
|
9
|
1
|
6,5
|
7,5
|
7,0
|
0,625
|
95,72
|
|
10
|
1
|
7,5
|
8,5
|
8,0
|
0,547
|
109,551
|
|
11
|
1
|
9,5
|
10,5
|
10
|
0,397
|
124,409
|
|
12
|
1
|
11,5
|
12,5
|
12
|
0,297
|
134,126
|
FOTOS DE LA
EXPERIENCIA.
Busca
de Punto Centro.
Medición con Instrumento.
Enterrado de Electródos
CONCLUSIONES.
A través de la experiencia realizada en terreno podemos concluir que el método Schlumberger es de gran utilidad cuando se requieren conocer las
resistividades de capas más profundas, el instrumento nos dio las mediciones con las que se pudo realizar el
grafico log-log el cual nos dio como resultado el uso de la lamina h-17-5, a su vez se vio la
temperatura del terreno y la humedad relativa del aire,
Tipo de terreno , estas mediciones influyen según ciudad y
estado ambiental.
La medición de resistividad de los suelos es fundamental
para el calculo y proyección de mallas a tierra .
INSTRUMENTOS UTILIZADOS.
ESPECIFICACIONES
MODELO
6471
características
eléctricas
Medición
de doble pinza
Rango
0,01 a
500 Ω
Resolución
0,01 a
1 Ω
Frecuencia
de medición Auto: 1367 Hz
Manual:
128 Hz-1367 Hz-1611 Hz-1758 Hz
Medición
de 3 puntos
Rango
(conmutación automática de escalas) 0,09 Ω a 99,9 kΩ
Resolución
0,01 Ω a 100 Ω
Tensión
de prueba Nominal 16 o 32 VRMS (seleccionable por el usuario)
Frecuencia
de medición de resistencia 41 a
513 Hz automática o seleccionable por el usuario
Corriente
de prueba Hasta 250 mA
Precisión
±2% de la lectura + 1 cuenta @128 Hz
Medición
de resistividad del suelo por el método de los 4 puntos
Método
de medición Wenner o Schlumberger (seleccionable) con
cálculo
automático en Ω-metros o Ω-pies
Rango
(conmutación automática de escalas) 0,01 a 99,99 kΩ; ρ máx.: 999 kΩm
Resolución
0,01 a
100 Ω
Tensión
de prueba 16 ó 32 V (seleccionable por el usuario)
Frecuencia
De 41 a
128 Hz (seleccionable)
Medición
de tensión externa
Rango
(conmutación automática de escalas) 0,1 a 65,0 Vca/cc – CC a 440 Hz
Precisión
±2% de la lectura ± 1 cuenta
Medición
de resistencia (prueba de conexión)
Tipo
de medición 2 polos (con compensación por la resistencia de los cables) o
4
polos (detección Kelvin) (seleccionable por el usuario)
Rango
(conmutación automática de escalas) 2 polos 0,01 Ω a 99,9 kΩ;
4
polos 0,001 Ω a 99,99 kΩ
Precisión
±2% de la lectura ± 2 cuenta
Tensión
de prueba 16 Vcc (+, - o polaridad automática)
Corriente
de prueba Hasta 250 mA máx.
Almacenamiento
de datos
Capacidad
de memoria 512 resultados de prueba
Comunicaciones
USB con aislamiento óptico
Fuente
de alimentación Conjunto de baterías de 9,6 V recargables (incluido)
Fuente
de recarga Cargador externo de 110/220 50/60 Hz con salida de 18 Vcc,
BIBLIOGRAFÍA
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