El estudio geoeléctrico del subsuelo permite establecer la configuración óptima del sistema de toma de tierra a proyectar. La medida de resistividad del terreno posibilita determinar la disposición, profundidad, número y tipo de elementos necesarios según los requerimientos de seguridad y funcionales.
La resistividad del suelo es la propiedad que define la oposición de este al paso de la electricidad, conocida también como resistencia específica del terreno. El subsuelo se encuentra habitualmente estratificado en capas y resistividades desconocidas, y que condicionan el valor de la resistencia de un sistema de puesta a tierra. El objetivo de los estudios geoeléctricos es la caracterización eléctrica del subsuelo mediante la determinación del número de estratos, su espesor y la resistividad de cada uno.
La medición de la resistividad permite estimar la resistencia de la puesta a tierra de una estructura o un sistema y de los gradientes de potencial incluyendo voltajes de paso y de contacto. Por otra parte, favorece el cálculo del acoplamiento inductivo entre circuitos de potencia y comunicación cercanos, así como el diseño de sistemas de protección catódica.
La resistividad del terreno determina los parámetros del proyecto del sistema de puesta a tierra como la profundidad óptima de enterramiento; los materiales adecuados según la velocidad de corrosión en el terreno; el número, tipo y adecuada disposición de electrodos necesarios. Así, se obtiene el valor deseado de resistencia y la mayor seguridad del sistema.
Con las características eléctricas del terreno se puede proyectar una toma de tierra más eficiente, rápida de ejecutar, con menores costes de proyecto, tensiones de paso y contacto controladas en toda la superficie, mayor seguridad para las personas en la instalación, y con una vida útil optimizada.
Por qué la resistividad del terreno es crucial en un proyecto de puesta a tierra
Los terrenos no son homogéneos, por lo que se producen variaciones en la resistividad. Los factores principales de estas variaciones son el tipo de suelo, cantidad de humedad, composición química, compactación del material, temperatura, estratificación del suelo, mezcla de diferentes materiales, concentración y composición química de las sales disueltas, granulometría de las partículas, etc.
Algunos de estos aspectos dependen de cambios a largo plazo y pueden asumirse como constantes en el proyecto de sistema de puesta a tierra (tipo de suelo, composición química, estratificación y compactación del material). No obstante, otros (porcentaje de humedad, temperatura, concentración y composición química de las sales disueltas) sí son variables.
En la medición de la resistividad se promedian los efectos de las diferentes capas del terreno para obtener la llamada resistividad aparente. Existen diversos métodos de medida de la resistividad. A continuación presentamos dos de los más usados: la configuración de Wenner y la de Schlumberger¹.
Método de Wenner para medir la resistividad del terreno
El método de Wenner, desarrollado por Frank Wenner del US Bureau of Standards en 1916², es el más empleado para medir la resistividad del suelo. Consiste en utilizar cuatro puntas o picas, separadas la misma distancia unas de otras. Las dos interiores son los electrodos de potencial, mientras que las externas son los de corriente. Midiendo la diferencia de potencial entre los electrodos internos y dividiendo por los electrodos de corriente, se obtiene la resistencia.
Con la realización de diferentes medidas cambiando el espaciamiento de los electrodos se consiguen diversos valores que, graficados en función de la distancia, indican las distintas capas que componen el terreno de estudio.
Este método permite obtener la resistividad del suelo para capas profundas, sin necesidad de enterrar los electrodos a esas profundidades. Además, los resultados no se ven afectados por la resistencia de los electrodos auxiliares o los huecos creados para clavarlos en el suelo.
La interpretación de los valores de resistencia medidos en el terreno son más directos en términos de resistividad aparente, por lo que posibilitan visualizar con facilidad la tendencia de este parámetro.
Por último, los instrumentos pueden ser menos sensibles que los que se requieren para la configuración Schlumberger, ya que cuando se separan los electrodos de corriente también se distancian los de potencial.
Método de Schlumberger
El método de Schlumberger se basa en el de Wenner, pero obtiene una sensibilidad superior en pruebas con mayores distancias de medida. En esta configuración, el espaciamiento entre los electrodos de potencial se mantiene fijo en el centro del sistema, mientras que se varía la distancia de los electrodos de corriente. El espaciado entre los electrodos de potencial es pequeño comparado con las otras picas y así se mantiene.
Esta configuración es menos sensible a las variaciones laterales del terreno puesto que los electrodos de potencial permanecen inmóviles. Sin embargo, la medición es más sencilla precisamente porque los electrodos centrales se mantienen fijos, por lo que requiere menos espacio total para la realización de las mediciones.
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Las puestas a tierra son sistemas críticos de cualquier instalación eléctrica o industrial, cuya incorrecta ejecución tiene consecuencias en la seguridad de personas y bienes. Por otra parte, el sistema de puesta a tierra queda enterrado, por lo que es muy compleja cualquier adecuación posterior.
La resistividad del terreno es un parámetro fundamental para el dimensionamiento de una puesta de tierra adecuado. Por eso, es necesario conocer su valor cuando se diseña un sistema de toma de tierra. Un estudio geoeléctrico permite conocer la resistividad del terreno en cada capa del subsuelo para elegir el sistema de toma de tierra más apropiado. El método de Aplicaciones Tecnológicas S.A., consigue una instalación más rápida y eficiente, con costes finales del proyecto reducidos, pero con mayor eficacia y vida útil.
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Referencias
1. Sanz Alzate, J. H. Métodos para la medida de la resistividad del suelo. Sci. Tech. 19, 125–130 (2002).
2. Wenner, F. A method of measuring earth resistivity. Bull. Bur. Stand. 12, 469–478 (1916).