Antes de diseñar una red de tierras para una subestación, una planta nueva o un sistema de pararrayos, hay un dato que lo condiciona todo: la resistividad del terreno. La resistencia que tendrá un electrodo o una malla depende directamente de qué tan bien conduce el suelo donde se entierra, y ese valor puede variar muchísimo entre un predio y otro, e incluso entre la capa superficial y la que está a unos metros de profundidad. Diseñar sin medirla obliga a suponer, y suponer mal sale caro: mallas sobredimensionadas, varillas adicionales después de la obra o, peor aún, un sistema que no cumple con los valores de seguridad requeridos. Esta guía explica cómo se hace un estudio de resistividad con el método de Wenner, cómo interpretar los resultados y qué errores evitar en campo.
Resistividad y resistencia a tierra: no son lo mismo
Es común confundir ambos conceptos:
- Resistividad del suelo (ρ): es una propiedad del terreno, se expresa en ohm-metro (Ω·m) y describe qué tan bien conduce la corriente un volumen de suelo. Depende del tipo de suelo, la humedad, la temperatura y las sales disueltas.
- Resistencia a tierra (R): es una propiedad de un electrodo o sistema ya instalado, se expresa en ohms (Ω) y depende de la resistividad del suelo y de la geometría del electrodo (longitud de la varilla, tamaño de la malla, profundidad).
La resistencia a tierra se mide sobre un sistema existente para verificar que cumple; la resistividad se mide antes de construir, para diseñar. Si quiere profundizar en la medición de sistemas ya instalados, vea nuestro servicio de pruebas de tierra y pararrayos.
Para qué sirve un estudio de resistividad
- Diseño de mallas de tierra en subestaciones: la guía IEEE Std 80 utiliza el modelo del suelo para calcular la resistencia de la malla y las tensiones de paso y de contacto.
- Diseño de sistemas de tierra en plantas y edificios que deben cumplir con los requisitos de puesta a tierra de la NOM-001-SEDE.
- Elegir la mejor ubicación para electrodos, pozos de tierra o contrapesos de líneas.
- Protección catódica y estudios de corrosión de tuberías enterradas, donde la resistividad es un indicador de la agresividad del suelo.
El método de Wenner (cuatro electrodos)
Es el método más utilizado y está descrito en la guía IEEE Std 81. Se clavan cuatro electrodos en línea recta, con la misma separación a entre ellos y a una profundidad b. El instrumento inyecta corriente entre los dos electrodos externos y mide la diferencia de potencial entre los dos internos. El cociente entre ese voltaje y la corriente es la resistencia R que muestra el equipo.
Cuando la profundidad de los electrodos es pequeña comparada con su separación, la resistividad aparente se calcula con la fórmula simplificada:
ρ = 2 · π · a · R
donde a está en metros y R en ohms. Si los electrodos se entierran a una profundidad que no es despreciable respecto a la separación, IEEE 81 presenta la fórmula completa, que incluye la profundidad b. Muchos telurómetros de cuatro polos hacen este cálculo automáticamente si se les captura la separación.
Por qué se mide a varias separaciones
Al aumentar la separación entre electrodos, la corriente penetra más profundo en el terreno. Como aproximación práctica, la resistividad aparente medida con una separación a representa el suelo hasta una profundidad del orden de a. Por eso un estudio no es una sola lectura: se repite la medición con una serie de separaciones crecientes (por ejemplo, 1, 2, 4, 8, 16 y 32 m, según el tamaño del sistema a diseñar) para construir un perfil de resistividad contra profundidad.
Variante de Schlumberger
En el arreglo de Schlumberger los electrodos de potencial permanecen cerca del centro y solo se desplazan los de corriente. Esto reduce el número de movimientos en separaciones grandes y puede ser más rápido en terrenos extensos; a cambio, la señal medida es menor y el cálculo es distinto. Ambos métodos son válidos si se aplican correctamente.
Cómo hacer la medición en campo
- Varias trayectorias: mida al menos en dos direcciones, idealmente perpendiculares, y en distintas zonas del predio. Si los resultados difieren mucho, el suelo no es homogéneo y conviene ampliar el estudio.
- Aléjese de metal enterrado: tuberías, cables, cercas metálicas y mallas existentes ofrecen un camino de baja resistencia para la corriente y distorsionan las lecturas. Evite trazar la línea paralela a ellos.
- Buen contacto de los electrodos: en suelos muy secos o rocosos la resistencia de contacto de las picas puede ser alta; humedecer alrededor de las picas mejora el contacto sin afectar de forma significativa la medición del volumen de suelo.
- Use un instrumento adecuado: un telurómetro de cuatro polos que trabaje con corriente alterna a una frecuencia distinta a la de la red, para rechazar corrientes parásitas y tensiones inducidas.
- Registre las condiciones: fecha, clima reciente, humedad aparente del suelo, coordenadas y orientación de cada trayectoria.
Cómo interpretar los resultados
El resultado se presenta como una gráfica de resistividad aparente contra separación:
| Forma de la curva | Interpretación |
|---|---|
| Aproximadamente plana | Suelo razonablemente homogéneo; puede usarse un modelo uniforme |
| Descendente al aumentar la separación | Capa superficial más resistiva sobre una capa inferior más conductora; las varillas largas o profundas suelen ser eficaces |
| Ascendente al aumentar la separación | Capa superficial conductora sobre roca o material más resistivo; conviene extender la malla en área más que en profundidad |
Para el diseño de mallas se ajustan los datos a un modelo de dos capas (resistividad de la capa superior, su espesor y resistividad de la capa inferior), normalmente con software especializado. Un modelo bien ajustado permite calcular la resistencia esperada de la malla y las tensiones de paso y de contacto antes de construir.
La humedad y la temporada importan
La resistividad del suelo depende fuertemente de su contenido de agua y de sales disueltas. Una medición después de varios días de lluvia puede dar valores mucho menores que en plena temporada seca. Un buen estudio indica en qué condiciones se midió y el diseño debe considerar las condiciones desfavorables, no las más favorables. Por la misma razón, la resistencia de un sistema de tierras ya construido conviene verificarla periódicamente.
Qué debe incluir el reporte
- Ubicación y croquis de las trayectorias medidas.
- Método empleado, instrumento, número de serie y vigencia de su calibración.
- Tabla de separaciones, resistencias medidas y resistividades calculadas.
- Gráficas por trayectoria y, si se solicita, el modelo de suelo ajustado.
- Condiciones del terreno y climáticas durante la medición.
Cómo le ayuda CreativeIT
En CreativeIT Group, en Monterrey, realizamos estudios de resistividad de terrenos y servicios de resistividad y resistencia a tierra para el diseño y la verificación de sistemas de puesta a tierra. Si su equipo prefiere hacer la medición, también ofrecemos el alquiler de probadores de resistividad de suelos. Contáctenos al (81) 4777 6921 o en info@creativeit.mx para planear su estudio.
