RESISTIVIDAD ELECTRICA DE SUELOS 1. INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN 2. CONCEPTOS SOBRE RESISTIVIDAD ELECTRICA 3. METODOS DE PRUEBA 4. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. INTRODUCCIÓN El suelo es de naturaleza heterogénea, heterogénea, varia por su composición composición y según las condiciones condiciones del medio. Aunque se pueden clasificar de diversas formas los suelos, por ejemplo en arcilloso, arenoso y rocoso, no se puede atribuir una resistividad específica a un tipo de suelo, y si se realizan mediciones se pueden encontrar diversos valores de resistividad. Se puede definir la resistividad del suelo ρ como la resistividad eléctrica entre las caras opuestas de un cubo de dimensiones unitarias (aristas=1) llenado con este suelo. Sus unidades serán ῼ.m
Figura 1 esquema esquema de la resistividad resistividad de suelos La conductividad del suelo es esencialmente electrolítica. Por esta razón la resistividad de la mayoría de los suelos aumenta abruptamente cuando el contenido de humedad es menor al 15%, como se observa en la figura 1, curva1. El contenido de humedad, adicionalmente, depende del tamaño del grano y compactación. Por otra parte la resistividad varia con la frecuencia (figura1), aspecto que adquiere gran relevancia en presencia de fenómenos eléctricos muy rápidos, como los rayos
Figura 2. Variación de la resistividad del suelo con respecto a la humedad a diferentes frecuencias.
2. CONCEPTOS SOBRE RESISTIVIDAD ELÉCTRICA 2.1. DEFINICIÓN DE RESISTIVIDAD ELÉCTRICA La resistividad eléctrica (ρ) de un material describe la dificultad que se encuentra la corriente eléctrica a su paso por él. De igual manera se puede definir la conductividad como la facilidad que encuentra la corriente eléctrica al atravesar el material. La resistencia eléctrica que presenta un conductor homogéneo está determinada por la resistividad del material que lo constituye y la geometría del conductor. Para un conductor rectilíneo y homogéneo de sección “S” y longitud “l” la resistencia eléctrica es:
l =ρ A partir de la ecuación (3.1) se puede despejar la resistividad, quedando la ecuación como:
ρ=
R. s l
Sus unidades en el sistema internacional es el ohm por metro (ῼ.m)
2.2. FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTIVIDAD DEL SUELO En un medio conductor homogéneo e isótropo, el valor de la resistencia en cualquier punto es igual. Sin embargo, el suelo es un medio heterogéneo y anisótropo, por tanto, es de esperarse que los valores resistividad varía de los siguientes factores:
Naturaleza del tipo de suelo o material
Humedad
Temperatura
Concentración de sales disueltas
Estratigrafía
Variaciones estacionales
Compactación
2.2.1. NATURALEZA DEL SUELO La resistividad de un terreno rocoso es mayor en relación a uno de lama, como se muestra en la tabla 2.1
Tabla 2.1 resistividad para diferentes tipos de terreno
2.2.2. HUMEDAD La resistividad será más baja, mientras más húmedo sea el terreno tal como se encuentra en la tabla 2.2 Tabla 2.2 Efecto de la humedad en la resistividad del terreno
2.2.3 TEMPERATURA La resistividad del terreno aumenta al disminuir la temperatura, pero cuando el terreno se enfría por debajo de cero grados Celsius el agua se congela. El hielo es aislante desde el punto de vista eléctrico, lo que implica que la movilidad de los iones del terreno a través del agua se detiene al congelarse (Fig 2.1 y Figura 2.2)
Figura2.1 variación de la resistividad del terreno en función de la temperatura
Figura2.2 variación de la resistividad con la temperatura
2.2.3 CONCENTRACIÓN DE SALES DISUELTAS Al presentarse una mayor concentración de sales disueltas en el agua que se encuentra en el suelo, la conductividad se incrementa y como consecuencia la resistividad disminuye como se puede observar en la figura 2.3
Figura 2.3 variación de la resistividad con la salinidad
2.2.4 COMPACTACIÓN Cuando los suelos se compactan a una mayor energía, la relación de vacíos y la resistividad disminuyen ya que se logra una mejor conducción a través del agua que se pueda contener el suelo como se muestra en el esquema de la Figura 2.4
Figura 2.4 variación de la resistividad con la compactación
2.2.5 ESTRATIGRAFIA Los terrenos por lo general no son homogéneos, formados por diversas capas de resistividades y profundidades diferentes, estas capas debido a la formación geológica en general, son horizontales y paralelas a la superficie del terreno aunque también existen capas inclinadas e inclusive verticales inclusive verticales debidos a fallas geológicas. En la figura 2.5 se puede observar un perfil de estratigrafía.
Figura 2.5 Variación de la resistencia con el perfil estratigráfico
2.2.6 VARIACIONES ESTACIONALES En una estación calurosa el terreno estará más seco y tendrá una mayor resistividad en comparación a una estación con lluvias permanentes.
3. METODOS DE PRUEBA Entre los métodos de pruebas más importantes tenemos los siguientes:
3.1 MÉTODO DE WENNER O DE CUATRO ELECTRODOS Es el método más empleado y consiste en enterrar varillas (electrodos verticales) a una profundidad b y espaciados a intervalos uniformes a. Mediante un telurometro, se hace circular una corriente de prueba I por las varillas externas y se mide con un voltímetro la tensión la tensión V en las varillas internas Figura 3.1
Figura 3.1 Esquema de conexión para la medición de la resistividad por el método Wenner
ρ =
4.π.a.R [ῼ. m] 2a a 1+ − √ a + √ a +
Y si 10 ≤ a entonces la ecuación anterior se resume en:
ρ = 2. .a. [ῼ. m] 3.2 MÉTODO SCHULUMBERGER-PALMER Este método permite medir la resistividad con espaciamientos muy grandes entre las varillas de corriente como se puede observar en la figura 3.2.
Figura 3.2 Esquema de conexión para la medición de la resistividad por el método Shulumberger- Palmer
Si la profundidad de los electrodos b es pequeña comparada con la separación d y c entonces la resistividad aparente puede calcularse como:
ρ =
π.c. (c + d) . [ ῼ. m] d
Dónde: c : distancia horizontal entre los electrodos de corriente y tensión d : distancia horizontal entre los electrodos de tensión R: resistencia de puesta a tierra medida
3.3 MÉTODO DEL ELECTRODO MOVIL O DE TRES ELECTRODOS En este método se entierran dos varillas cortas a una profundidad b y una varilla más larga a una profundidad h, colocados en línea recta. La profundidad h del electrodo más largo es variado durante la prueba, con el electrodo del medio se toma datos de la tensión V (colocado al 62% del electrodo largo L) y por el electrodo del extremo se hace circular la corriente I (figura 3.3).
Figura 3.3 Esquema de conexión para la medición de la resistividad por el método del electrodo móvil
Para cada variación de la profundidad h se obtiene un valor de la resistencia que determina el valor de la resistividad aparente:
2.π.h
[ ] ρ = h . ῼ. m ln(2,943. d ) 4. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Pérez García N. (2010). Evaluación de www.cecalc.ula.ve
la
resistividad
en
campo. Recuperado
Hildemaro Briseño J. (2014). Resisitividad del terreno. Recuperado www.ulacit.ac.cr.
