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Para la realizacin del sondeo de terrenos o tambin llamado sondeo elctrico vertical (SEV ),mediante la configuracin de Schlumberger, se debe elegir un eje de medicin sobre una lnea recta,en una direccin tal, que no existan obstculos importantes (rocas, rboles, edificios, matorrales, etc.),y sobre este eje establecer un centro de medicin mediante un electrodo auxiliar o una estaca.

En lo posible se deben realizar las mediciones directamente en el sitio donde se construir la puesta atierra, preferentemente una vez que el terreno haya sido despejado y llevado a su condicin definitivadespus de las faenas de movimiento de suelo. Si esto no es posible, debe dejarse un sectoraproximadamente plano representativo del terreno de inters y sobre este realizar las mediciones.

Para la separacin "L" de los electrodos en la configuracin entre el centro de medicin y loselectrodos de corriente, se utiliza normalmente la siguiente secuencia en metros :

0,6 - 0,8 - 1 - 1,6 - 2 - 2,5 - 3 4 - 5 - 6 - 8 - 10 - 16 - 2025 - 30 - 40 50 mts

Durante las mediciones es conveniente comprobar los valores de resistencia medida a lo menos en 2escalas diferentes . Si los valores resultan muy diferentes, es posible un mal contacto de uno o variosde los electrodos de terreno, o bien, las bateras estn agotadas .

Es recomendable contar con formularios de formato estndar ( tambin llamados HOJA DE

TERRENO ), para tomar nota de los datos obtenidos durante la ejecucin de las mediciones. Ademsde los antecedentes propios de la medicin, es conveniente consignar en este formulario otros datos decaractersticas generales.

RESUMEN DE ECUACIONES CONFIGURACIN SCHLUMBERGER ver aplicacin pg. N 76

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2.5. MEDICIONES, ESTRATOS, CURVAS ORELLANA &Y MOONEY, PAPEL LOG

Los datos que entrega el instrumento que se utiliza para el sondeo de terrenos, son valores deresistencia de diferentes puntos del suelo, en funcin de la separacin de electrodos. Estos datos debeninsertarse en la expresin de Schlumberger para la obtencin de la resistividad aparente para cadamuestra del terreno. La forma como cambia esta al variar la separacin entre electrodos, da la pauta

para interpretar y determinar la constitucin del terreno investigado.

Los terrenos en general, se componen de varios estratos horizontales (o con cierta inclinacin),compuestos de materiales de distinta constitucin, por lo que su resistividad vara notoriamente con la

profundidad. Es importante entonces que el lugar de medicin est alejado de zonas con pendientes pronunciadas, debido a que esto podra inducir un alto grado de error en la interpretacin delos datos obtenidos, lo que podra derivar en un mal diseo del sistema de puesta a tierra. De no existirotra alternativa de medicin, es recomendable realizar la medicin en una lnea perpendicular a ladireccin de la pendiente, alejndose lo ms posible de sta.

Los sondeos elctricos verticales constituyen uno de los mtodos de campo ms difundidos paradeterminar la variacin en profundidad, de las propiedades conductivas del subsuelo.

La distribucin vertical de las resistividades dentro de un volumen determinado del subsuelo, recibe elnombre de corte geoelctrico. Para muchos fines, la geologa bajo la superficie puede representarseaproximadamente por un corte geoelctrico constituido por una sucesin de capas uniformes yhorizontales.

Corte geoelectrico de terreno de n capas o estratos

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En la figura , los espesores de cada una de las capas se designan con las letras "E" y las profundidadesal muro de cada una de ellas estn representadas por la letra "h". Las resistividades verdaderas de lasdiferentes capas se simbolizan por la letra griega "p".

Los cortes geoelctricos pueden clasificarse segn su nmero de capas, y subdividirse conforme la leyde variacin de la resistividad con la profundidad.

Los suelos de 2 capas presentan dos posibles cortes segn si la resistividad del primer estrato es mayoro menor que la del segundo.

Corte geoelectrico de terreno de 2 capas

Para el caso de los cortes geoelctricos de tres capas, estos pueden agruparse en cuatro tipos, segn lomostrado en la figura

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Corte geoelectrico de terreno de 3 capas

Los cortes de cuatro capas pueden dividirse en ocho tipos distintos, los que se designan mediante una

combinacin de los smbolos para tres capas.

Ti o AA Pl < P2 < P3 < P4

Ti o AK Pl < P2 < P3 > P4

Ti o HA Pl > P2 < P3 < P4

Ti o HK P1 > P2 < P3 > P4

Ti o KH Pl < P2 > P3 < P4

Ti o K P1 < P2 > P3 > P4

Ti o H P1 > P2 > P3 < P4

Ti o P1 > P2 > P3 > P4

CORTE GEOELECTRICO DE 4 CAPAS

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En la expresin indicada " p i" es la resistividad de la capa superficial, "jo" es la funcin de Bessel de primera clase en orden cero y "O" es la funcin ncleo (Kernel function ), que depende de lasresistividades y espesores de las capas y del parmetro de integracin "t". V(r) se reduce a la ecuacin

indicada en la seccin anterior, para un medio homogneo.

La ecuacin general presentada anteriormente, fue la pauta de anlisis utilizado por Ernesto Orellanay Harod Mooney en su publicacin "Master cables and Curves for Vertical Sounding over LeyeredStructures", informacin Hue en la actualidad es la mayormente utilizada para la interpretacin demediciones de terrenos realizada por medio de la configuracin de Schlumberger.

El problema inverso puede plantearse de este modo: "dada una curva SEV obtenida mediantemediciones de campono y clculo terico de resistividad,averiguar cul es el corte geoelctrico que laha producido . Problemas de este tipo son los que se le presentan al proyectista de puestas a tierra.

El mtodo actualmente en uso tanto en nuestro medio como en el extranjero para la interpretacin delas mediciones de terreno, es el denominado de las " Curvas Patrones ". Esta forma de interpretacinde las medidas de resistividad de un terreno, es la ms exacta y recomendada. Consiste en realizar unacomparacin entre una grfica confeccionada con los datos obtenidos de las mediciones de terreno,versus, la informacin contenida en la publicacin de Orellana y Mooney indicada anteriormente.

Si se obtiene un calce perfecto entre la curva de terreno y una curva patrn, se supone que la estructuradel terreno es idntica a la terica en cuanto a resistividad de los estratos y sus espesores.

Para poder interpretar los datos obtenidos de las mediciones de terreno mediante el mtodo de lascurvas patrones, primero se debe confeccionar una grfica representativa de las mediciones de terreno,ubicando en el eje de las abscisas la distancia "L" y en la ordenada la resistividad aparente. Estos datosse deben graficar sobre un papel logartmico, el que debe tener una modulacin de 62,5 milmetros porcada dcada . Una grfica de suelo se muestra en la figura siguiente.

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Ejemplo grfica de sueloEl paso siguiente que sugiere el mtodo, consiste en identificar la cantidad de estratos que tiene elterreno sondeado, y establecer como varan las resistividades de estos entre s. Para lograr esto, sedeben buscar los puntos de inicio y termino de la curva de terreno, adems de los puntos en donde stacambia de sentido.

Ejemplo de determinacin de cantidad de capas de un terreno segn su curva

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Segn la informacin de figura , la curva indicada corresponde a un terreno compuesto de cuatro capas.

Conocido lo anterior, se debe establecer como se relacionan entre s, las resistividades de los diferentesestratos presentes en el suelo en el terreno sondeado.

Ejemplo de determinacin de la razn de resistividad de un terreno seg

Con la razn de resistividad indicada en la figura , se procede a determinar la familia de curvasrepresentativa del terreno sondeado. Para nuestro ejemplo corresponde a uno de cuatro capas.

Tipo HK : p 1 > p 2 < p 3 > p 4

Segn la familia a la cual pertenece la grfica del terreno, se debe buscar en el set de Orellana y

Mooney , la curva patrn visualmente ms semejante.

1 - 0,2 5 - 1

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Ejemplo de Curva Patrn de 4 estratos tipo HK

El procedimiento siguiente es comparar la grfica de terreno con la curva patrn que ms se asemejea sta.

Ejemplo de comparacin de curvas

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Una vez seleccionada la curva patrn ms parecida, se marcan los datos sealados en la figura anteriory se retira la grfica

Ejemplo de Curvas comparadas y elegida HK-5A cada uno de los datos anteriores se le asignan nombres y se extienden los ejes de la cruz de campo

Ejemplo de asignacin de variables

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PAPEL LOGARITMICO DE 62,5 mm/dcadasDatos resistividad aparente Y ( ohms-metros ) y separacin de elctrodos X

GRAFICA DE TERRENO

Resistividad

aparenteohm x mt

DistanciaL en mts

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CURVAS PATRON DE ORELLANA & MOONEYUna muestra. Se trata de un SET de CURVAS provenientes de estudios Geofsicos realizados a los diferentes estratos del terreno.

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Finalmente, con los antecedentes anteriores ya determinados, se procede a calcular la resistividad y losespesores del terreno sondeado. Para nuestro ejemplo:

Resistencia de las Puestas a Tierra

Cuando se trat el tema del sondeo elctrico vertical, se dejo claro que este estudio solo nos daba comoresultado final, la resistividad y los espesores de los diferentes estratos que componen el terrenoinvestigado, pero para poder determinar la resistencia terica de una puesta a tierra, se necesita comouno de los antecedentes de entrada una variable que represente una resistividad nica, representativa dela accin conjunta de las distintas resistividades de los estratos presentes en el rea a ocupar por dichosistema. A esta variable se le denomina Resistividad Equivalente.

2.6. RESISTIVIDAD EQUIVALENTE DEL TERRENO.YAKOBS y BURGSDORF La resistividad equivalente ser nica cuando se trate de un terreno homogneo, debido a que sta, noslo depende de las caractersticas elctricas y del espesor de los estratos presentes en el suelo, si noque, adems, depende de la configuracin geomtrica de la puesta a tierra.

De acuerdo a Yakobs , una puesta a tierra compuesta por un conjunto de conductores horizontales enterrados a una profundidad "t" y un conjunto de barras verticales de longitud "L", se aproxima a un

prisma metlico recto en la medida que se incrementa el nmero de elementos verticales, y suresistencia disminuye hasta un valor mnimo. Este prisma metlico puede aproximarse por unsemielipsoide de revolucin ubicado a partir de la superficie del terreno, tal como se muestra en lafigura . El semielipsoide cubre una superficie "S" igual a la abarcada por la puesta a tierra, y su ejemenor "b" es igual a la profundidad mxima alcanzada por los elementos: he=t+L, si existen barras; ohe=t si solo existen conductores horizontales.

(D)

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Esquema representativo del criterio de Yakobs

Sobre la base de esta equivalencia aproximada, las primeras "n" capas existentes hasta la profundidad"he" se puede reemplazar por una capa equivalente de resistividad:

Formula de Resistividad equivalente por Y KOBS y BURGSDORF

2.7. PROCEDIMIENTO DE CLCULO MALLA A TIERRA

Tomando como base las expresiones dadas anteriormente a continuacin se entrega el procedimiento decalculo recomendado para determinar la resistividad equivalente de un terreno sondeado (asumiendo queya se conocen las resistividades y espesores de los estratos).

60

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2.8. RESISTENCIA DE UN ELECTRODO VERTICAL Esta configuracin de puesta a tierra, tiene como principal defecto el hecho de que su resistencia es

bastante elevada. Por ejemplo, y tomando como base A una resistividad del terreno de 100 ohmxmt, laresistencia de una electrodo de 1,5 mts. por 3/4" dimetro alcanza en promedio a los 60 ohms. Debidoa esto, se recomienda su uso solo en el caso de que se complemente con dispositivos diferenciales .

La ecuacin que permite determinar su resistencia es :

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2.9. RESISTENCIA DE UNA MALLA HORIZONTAL Este tipo de configuracin, a diferencia de la anterior, presenta la ventaja de que se pueden conseguirvalores de resistencia bastante ms pequeos, pero a un costo mayor.

Para el clculo de la resistencia de un enmallado o tambin denominado malla de puesta a tierra ,existen dos alternativas de estudio y clculo, una por el mtodo de LAURENT y la otra por el mtodode SCHWARZ.

2.10. MTODO DE LAURENTEste mtodo de clculo solamente considera como parmetros fundamentales de la malla, losconcernientes a la longitud del conductor que la conforma, y el radio equivalente de la misma. Debidoa esto, algunos autores nombran a este mtodo como el "mtodo aproximado" de Laurent .

La expresin que permite determinar la resistencia de la malla de puesta a tierra mediante este mtodo,es la siguiente:

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2.11. MTODO DE SCHWARZ. CALCULO DE RPTEste mtodo de clculo a diferencia del anterior, considera tanto las caractersticas del terreno, comolas concernientes a la malla, debido a esto, al mtodo se le llama "exacto".

Las expresiones de calculo que permiten determinar la resistencia de una malla mediante Schwarz, se presentan en la pgina siguiente.

Donde:

RMS : Resistencia de la malla segn Schwarz (ohms)

p eq : Resistividad equivalente (ohm x mt )

Lm : Largo del conductor de la malla (m)

S : Superficie de la puesta a tierra (m 2)

d : dimetro del conductor de la malla (m)

he : Profundidad de enterramiento de la puesta a tierra (mt)

A : Longitud por el lado de mayor dimensin de la malla (mt)

B : Longitud por el lado de menor dimensin de la malla (mt)

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1.2.

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1.12. SECCION MINIMA CONDUCTOR DE MALLA, FORMULA DE ONDER

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ESTUDIO GEOEL TRI O DE LOS SUELOS

Vase Norma SEC 4-2003 Protocolos Apndice 7.2 .

2.1 .

2.13.

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2 13

R = Resistenciadel Geohmetro( ohm )

DISTANCIA DE ELECTRODOS DE CORRIENTE

2.14.

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2.15.

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2.16. INFORMACION OBTENIDA EN

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2.17. RESISTENCIAS DE MUESTRAS y RESISTIVIDAD

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VER PAPELLOGARITMICOPARA TERRENO

OBTENCION DELA GRAFICACON LOS

PUNTOS DEMEDIDA DE LARESISTIVIDADAPARENTE YSEPARACIN L12 MUESTRAS

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2.18.

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MASTERS CURVES ( PATRON ) ORELLANA MOONEY

VER EJEMPLODE CURVAS

2.17. COMPARACIN DE GRAFICA DE TERRENOOBTENIDA Vs CURVAS DE ORELLANA & MOONEY

2.19.

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CURVA ELEGIDA numero 3

OBTENCION DE RESISTIVIDAD AUXILIAR y ESPESOR AUXILIAR DEL TERRENO

Obtencionesde laResistividadde losestratos yespesoresfinales delterreno

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F : Variable que depende de las dimensiones fsicas del terreno elegido para enterrar el electrodo puestaa tierra. Podemos concluir en lo siguiente :

F ( V f (qf (r,he ),E, ro ), ro f (r f (s) ,he )

2.2. FORMULA DE CALCULO BURGSDORF-

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HOJA PARA EL ESTUDIO Y DATOS OBTENIDOSDEL TERRENO

2.21.

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Documents

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