Depto. Capacitacin Legrand-Febrero 1999Casa MatrzAvda. Vicua Mackenna 1292Fono (2)550.52.00Fax (2)556.74.42/ (2)550.53.10Departamento CapacitacinFono (2)550.52.37Fax (2)550.53.10Santiago - ChileRRSistemas de Puesta a Tierra en Baja TensinManual 2000/2001 Ofcinas regionalesNorteGalleguillos Lorca 1383Fono (55) 22.54.74Fax (55) 22.33.84ANTOFAGASTAFray Jorge 728, La Colina Fono (52) 24.94.54Fax (52) 24.95.71COPIAPOSurOrompello 620Fono (41) 23.71.69 Fax (41) 25.35.39CONCEPCIONR1Indice Introduccin 21. ObjetivosdeunSistemade PuestaaTierraen BajaTensin32. Factoresquedeterminanla resistividaddelossuelos 32.1. Tipos de Suelos42.2.La Humedad42.3.La Temperatura52.4.Concentracin de Sales Disueltas52.5.La Compactacin del Suelo53. Estudiogeoelctrico delossuelos53.1.Mtodo de los Cuatro Electrodos63.2.Recomendaciones Generales93.3.Resistividad Aparente93.4.Procedimiento para la Medicinde Terrenos103.5.Comprobacin Durante las Mediciones103.6.Confeccin de la Grfca de Terreno103.7.Interpretacin de las Mediciones de Terreno114. Resistividadequivalente 194.1.Procedimiento Matemtico para el Clculo de la Resistividad Equivalente205. SistemasdePuestaaTierra 225.1.Un Electrodo Vertical225.2.Un Enmallado235.3.Un Enmallado con Electrodos Verticales236. Diseopreliminarde SistemasdePuestaaTierra 246.1.Superfcie de la Malla de Puesta a Tierra246.2.Conexiones a la Malla246.3.Material de los Conductores de la Malla246.4.Unin entre Conductores de la Malla256.5.Camarillas de Registro277. Medicindelaresistencia deunaPuestaaTierra 277.1.Procedimiento para la Medicin278. Mejoramientodeterrenos 288.1.Modifcacin de la Resistencia de Contacto en el Caso de Barras288.2.Modifcacin de la Resistencia de Contacto en el Caso de Mallas298.3.Modifcacin de la Resistividaddel Terreno29Bibliografa 312RIntroduccinDesde la fase inicial de la generacin de la energa elctrica hasta su ltima etapa de consumo, lasinstalacionesdetierracontribuyenpermitiendo una mejor operacin, aumentando la seguridad de las personas e instalaciones.Hoy en da el concepto de las puestas a tierra a tomado una gran importancia, debido prin-cipalmente a la nueva tecnologa que est presente dentro de cualquier sistema elctrico.Tambin es necesario hacer notar, que los sistemasdepuestaatierraayudanenlaopera-cin de las protecciones diferenciales, que como sabe-mos, su objetivo principal es evitar la ocurrencia de los denominadoscontactos indirectos.Otro aspecto que es importante mencionar, es el hecho de que dentro de los sistemas de baja tensin,laspuestasatierraapartedeayudaren la operacin diferencial, tambin deben asegurar un correctofuncionamientodecargastancrticas como los computadores.Segn lo anterior, hoy en da podemos cla-sifcar los sistemas de puesta a tierra de baja tensin en dos tipos, dependiendo de su objetivo de uso:- Sistema de puesta a tierra para baja frecuencia, baja tensin y altas corrientes (Puesta a tierra de Baja Tensin).-Sistemadepuestaatierraparaaltafrecuencia, baja tensin y bajas corrientes (Puesta a tierra para Computacin y Telecomunicaciones).Entonces,sehacenecesariorealizarun correctodimensionamientodelsistemadepuesta atierra,teniendocomobasequesuefectividad depender principalmente del terreno en donde est instalada. Nuestro objetivo ser entonces, establecer 3R2.FactoresquedeterminanlaresistividaddelossuelosLaresistividaddelatierraodelasrocas dependesobretododeltamaodelaspartculas quelascomponen,delaproporcindematerias solubles y de su grado de humedad.El suelo se compone principalmente de xi-do de silicio y xido de aluminio, los que presentan grandescaractersticasaislantes.Lapresenciade sales en estos dos xidos mejora la conductividad del suelo.Elmecanismodelaconductividadesen granmedidaunprocesoelectroltico,debidoal contenido de sal y agua en el suelo; pero si el suelo es seco, el factor predominante ser el tamao de las partculas y el volumen de aire aprisionado en ellas.Existeunacorrelacinentrelanaturaleza del suelo y su resistividad, aunque la primera vare considerablemente en una misma regin. Lossuelosarenososabsorbenmsagua que los arcillosos, pero retienen menos; as que en general, se debern preferir los suelos que retengan mejor el agua (arcillosos), por sobre los que absorban mayor cantidad de agua (arenosos).Losobjetivosprincipalesacumplirporun SistemadePuestaaTierra(SPT),enbajatensin son:a)Limitarelvoltajedecontactoentreequipos,y equipos con tierra, para evitar riesgos de shock elctrico.b) Proveer de un camino adecuado de retorno al sis-tema de suministro elctrico, de baja impedancia para la operacin de los equipos, as como un medio de establecer la corrientede falla, para la operacin de las protecciones diferenciales y desconexin de la fuente.c)Conduciratierralascorrientesprovenientesde descargasatmosfricas,limitandolosvoltajes producidos en instalaciones elctricas (lneas de transmisin de potencia, comunicaciones, etc.), y evitandolaproduccindeefectossecundarios, tales como arcos que conduzcan a la desconexin de circuitos. En este sentido, la puesta a tierra es un 1.ObjetivosdeunSistemadePuestaaTierraenbajatensin4R2.1.TiposdesuelosNo existe una clasifcacin defnida para los tipos de suelos, por lo tanto, hay que limitarse a defnirlos en forma muy general.En todo caso, un sistema de puesta a tie-rra TIPO DE SUELO O AGUA R E S I S T I V I D A D T I P I C A LIMITES NORMALES( m)( m)Agua de mar21 - 10Arcilla408 - 70Agua subterrnea5010 - 150Agua en suelos de rocas gneas9030 - 150 Mezclas de arcilla y arena1004 -300Pizarra, esquisto y gres.12010 -1000Turba, limo y lodo1505 -250Agua de lago y torrente250100 -400Arena2000200 -3000Grava de morena300040 -10000Grava martima150003000 - 30000Granito2500010000 -500002.2.Lahumedad

Latierrafundamentalmentepuedeencon-trarse en tres condiciones caractersticas invariables: seca, hmeda y congelada.Los casos ms desfavorables son: totalmente seca o totalmente congelada.La tierra seca es un aislador excelente; al aire y al sol, las capas de arena seca de la superfcie se acercan mucho a esta condicin. En general, el grosor de tales capas secas no es muy grande, alcanzan solo entre 10 y 20 centmetros.Laescarchatieneunapenetracinms 2.1. Tipos de Suelosque es completamente adecuado para un tipo de suelo, puede no ser adecuado para otro tipo de terreno.Acontinuacin,seindicanvalorestpicos profunda, entre 50 y 100 centmetros o ms segn el estrato, por lo cual, las tomas a tierra deben ser a mayor profundidad dado que el grado de humedad es un factor esencial en la conductividad del suelo.La resistividad de una muestra dada de suelo depende, no solamente de la composicin qumica de ste, sino tambin del contenido de humedad.R52.3.LatemperaturaLa resistividad del suelo tambin depende de las variaciones de temperatura.Una determinada cantidad o porcentaje de humedad afectar en forma diferente, por ejemplo, a una arcilla o a una arena.TEMPERATURA CR E S I S T I V I D A D ( - m ) 207210990 Agua1380 hielo300La siguiente tabla, muestra la variacin de la resistividad de un suelo compuesto de una mezcla de arcilla y arena con un 15% de contenido de agua.2.4ConcentracindeSalesDisueltasComoessabido,lacantidaddeagua presente en el suelo es un factor determinante en la resistividad del suelo; y la del agua, est determinada por la cantidad de sales disueltas en ella.Alexistirunamayorconcentracindesal 2.5LaCompactacindelSueloUna mayor compactacin del suelo disminu-ye la distancia entre las partculas que lo conforman, lograndoas,unamejorconduccinatravsdel lquido contenido en ste.Los suelos al estar compuestos de partcu-las ms pequeas (menor granulometra), son ms compactos, densos y osmticos, en la mayora de los casos.en el suelo, este mejora su conductividad. En forma general entonces, se podra establecer que a mayor contenido de sal en el terreno, mejor conductor ste es.Al retener la humedad por perodos largos detiempo,lossuelosporlogeneral,presentan una resistividad casi uniforme, independiente de las temporadas de lluvia y sequa.Amedidaqueaumentaelcontenidode humedad se alcanza una especie de saturacin, ya que el agua envuelve la mayora de las partculas que componen el terreno.3.EstudiogeoelctricodelossuelosParamedirlaresistividadespecfcaes precisoestablecerconexionesentreelinstrumento de medida y el suelo.Laresistividaddelsuelodebemedirse paradeterminarenunazonadada,ellugarms apropiadoparalatomaatierra,ydeterminarel sistema de electrodos de tierra ms favorable para el emplazamiento elegido.6RR7Elmtodonormalmenteutilizadopara medir la resistividad del terreno es el de los cuatro electrodos en sus dos confguraciones: WENNER y SCHLUMBERGER.Engeneral,estemtodoconsisteenin-3.1.Mtododeloscuatroelectrodosyectar una corriente al terreno mediante un par de electrodos, y medir la diferencia de potencial que se produce en los otros dos.Entre los electrodosA y B se inyecta una corriente (I), y entre los electrodos C y D se mide la diferencia de potencial (V) que se produce. A partir de los electrodos de corriente se defnen las distan-cias r1, r2 , r3 y r4a los electrodos de potencial.Si la profundidad de enterramiento de los electrodos es pequea, comparada con la distancia entre electrodos, puede suponerse una distribucin radial de la corriente. Para este caso, el potencial producido a una distancia "X" en un medio homog-neo vale: Aplicando la expresin anterior al esquema de medicin, se tiene que la corriente que entra en A al terreno, produce en C el potencial: La corriente que sale del terreno por B, produce en C el potencial: El potencial total de C vale: En forma similar, el potencial en D vale: La diferencia de potencial medido por el voltmetro es: r1r2r3r48RR93.1.1ConfguracindeWennerHastahacealgntiemposeusabacasi exclusivamentelaconfguracindeWenner.En estaconfguracin,loscuatroelectrodosubicados sobre una lnea recta, estn separados a una misma distancia "A" entre ellos.3.1.2ConfguracindeSchlumbergerr1=r4=Ar2=r3 =2ArAW=2 x p x V x A IrAW=2 x p x R x A Actualmente es el mtodo de medicin ms utilizado, debido a las ventajas que ofrece en cuanto a menor trabajo en terreno, lo que es importante para grandes separaciones de electrodos.Los dos electrodos de potencial se disponen simtricamente con respecto al centro de medicin elegido.La distancia de separacin entre los elec-trodos de potencial debe ser como mnimo 1 3 metros.Loselectrodosdecorrienteseubican tambinsimtricamenteconrespectoalcentrode medicin y a una distancia de l, variable.Finalmentedespejando,seobtienela ecuacin fundamental para la medicin de la resis-tividad ( ( ) 11 11(r=2 x p x V1 r1r2 r3r410RR11Durante la serie de medidas, los electrodos de potencial permanecen fjos, trasladndose slo los de corriente.Segn la fgura que representa la confgu-racindeSchlumergeryconsiderandolaimagen que representa el mtodo de los cuatro electrodos, se tiene que:Reemplazandolasigualdadesanteriores enlaecuacinfundamentalparalamedicinde laresistividad,medianteelmtododeloscuatro electrodos, se resuelve que:CabemencionarqueSECensuresolu-cinN727de1979,recomiendaunaseriede separaciones que son similares a las anteriormente sealadas, no obstante el uso de stas o las reco-mendadas por SEC, quedara a juicio del profesional que efecte las mediciones de terreno (SEV).Para SEC: 1,0 - 1,5 - 2,0 - 3,0 - 4,0 - 5,0 - 7,0 - 10,0 - 15,0 - 20,0 - 30,0 - 40,0 - 50,0 3.1.3SeparacindeloselectrodosPara la separacin "A" de los electrodos en la confguracin de Wenner o la distancia "L" entre el centro de medicin y los electrodos de corriente en la confguracin de Schlumberger, se utiliza nor-malmente la siguiente secuencia en metros:0,6 - 0,8 - 1,0 - 1,6 - 2,0 - 2,5 - 3,0 - 4,0 - 5,0 - 6,0 - 8,0 - 10,0 - 16,0 - 20,0 - 25,0 - 30,040,0 - 50,012R3.2.RecomendacionesgeneralesEn lo posible, realizar las mediciones di-rectamente en el sitio donde se construir la puesta atierra;preferentementeunavezqueelterreno hayasidodespejadoyllevadoasucondicin defnitivadespusdelasfaenasdemovimiento de tierra.Cuando no es posible realizar las medicio-nes en la zona donde se construir la puesta a tierra, debe dejarse un sector aproximadamente plano, re-presentativo del terreno de inters, asegurndose que el sector en quese mide es similar, es til observar cortes del terreno o pozos de sondeos hechos para otros propsitos.Si por razones de coordinacin entre pro-yecto y faenas, no es posible realizar las mediciones despus de dejar el terreno en su condicin defnitiva, es conveniente obtener datos de la composicin del terreno a eliminar o rellenar, para tenerlos presente en la confguracin defnitiva de la estratigrafa del terreno.3.3.ResistividadaparenteSilamedidaderesistividad(Wennero Schlumberger), se efecta en un terreno homogneo, entonces el valor de resistividad obtenido correspon-deralvalornicoderesistividadpresenteenel terreno.Si el medio no es homogneo, el valor de la resistividadtendrunvalorfcticio,quenocorres-ponder en general, a ninguna de las resistividades presentes en el terreno, sino a una cierta combinacin de ellas.Al valor fcticio de resistividad sealado en el prrafo anterior, se le llama Resistividad Aparente.Laformaenquecambiaestaresistividad aparente, 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, compuestosdematerialesdedistintaconstitucin, por lo que su resistividad vara notoriamente con la profundidad.Teniendopresentelasrecomendaciones anteriores, conviene que el lugar de medicin est alejado de zonas con pendientes pronunciadas. De no existir otra alternativa de medicin, es recomenda-ble realizar la medicin en una lnea perpendicular a la direccin de la pendiente, alejndose lo ms posible de sta.Enellugardemedicinnodebenexistir objetos metlicos enterrados que abarquen una zona grande, por ejemplo, tuberas, mallas a tierra, etc.Si existen tuberas metlicas enterradas cuyo recorrido se conoce, la medicin debe hacerse en una lnea perpendicular a la de la tubera, y eligiendo el centro de medicin sobre esta. Sin embargo,no debe excluirse la posibilidad de errores importantes en los resultados de las mediciones.En ciertas zonas y circunstancias particula-res,esconvenienterealizarmedicionesdetempe-ratura, humedad y pH del terreno. La medicin de humedad puede ser particularmente importante en el caso de puestas a tierra de relativamente pequeas dimensiones, cuya resistencia est fuertemente afec-tada por la resistividad de las capas estacionales. Si la medicin de resistividad se realiza en una poca del ao con alta humedad en el terreno, los valores de resistividad medidos o deter-minados para las capas superiores, no son vlidos para otras estaciones del ao.LamedicindelpHdelterrenoesconve-niente efectuarla al utilizar materiales frreos en la puesta a tierra (hierro de construccin, feje de acero R13 3.6.ConfeccindelagrfcadeterrenoParapoderconfeccionarlagrficade terrenosedebedisponerdeunpapellogartmico (tambin llamado log-log), de 62,5 mm. por dca-da.Loanterioresdebidoaquelascurvas patronesqueseutilizanparadeterminarlasresis-tividadesdelascapas,oestratospresentesenel terreno sondeado, estn diseadas con este tipo de representacin grfca.Paralarepresentacindelosdatosob-tenidosenterreno,sedeberasignaralosejes de representacin del papel logartmico, los ttulos 3.4.ProcedimientoparalamedicindeterrenosA o L, puede indicar la necesidad o no de continuar la medicin para alas mayores a 20 metros.d) Los electrodos deben enterrarse a una profundi-dadsufcienteparaquestosseafrmenenel terreno sondeado.e)Enterrenosmuysecosesrecomendableverter un poco de agua en el contorno mismo de los electrodos,especialmenteenlosdecorriente. Debe evitarse hacer charcos grandes, pues esto modifca la resistividad natural del terreno y fal-sea las mediciones. Adems de verter agua, es conveniente apisonar un poco la tierra alrededor de los electrodos.f)Para la medicin de las distancias entre electro-dos, se recomienda utilizar huinchas no conduc-a) Elegir un eje de medicin sobre una lnea recta, en una direccin tal, que no existan obstculos importantes (rocas, rboles, edifcios, matorrales, etc.).b) Estableceruncentrodemedicinmedianteun electrodo auxiliar o una estaca.c)Lasmedicionesderesistividadaparenteenlo posible deben efectuarse hasta valores de A o L, de 100 metros, contados desde el centro o eje de la medicin a un extremo (ala); sin embargo, los instrumentos disponibles en nuestro medio no permiten alas superiores a 50 metros con una pre-cisin aceptable, y en muchos casos por razones de la dimensin del terreno a medir, no es posible alcanzar esta medida. No obstante, la tendencia de la resistividad aparente al aumentar Esconvenienteefectuaralgunascompro-bacionesdurantelasmedicionesparaasegurarse que los valores obtenidos no son errneos. Adems, pueden presentarse algunos inconvenientes durante lamedicinquesonverifcablesyeventualmente subsanables directamente en terreno.Si se tienen dudas sobre el estado del instrumento puede probarse ste, midiendo resistencias de prueba.Durantelasmedicionesesconveniente comprobar los valores de resistividad a lo menos en dosescalasdiferentesdemedicin.Silosvalores resultan muy diferentes, es posible un mal contacto de uno o varios de los electrodos de terreno, o bien, las bateras estn agotadas. 3.5.ComprobacindurantelasmedicionesResistividad Aparente ( - m)Distancia A L (mts)14R3.7.InterpretacindelasmedicionesdeterrenoLos mtodos de interpretacin de las mediciones de un terreno se han basado y se basan actualmen-te, en las tcnicas desarrolladas por los geofsicos, paraelconocimientodelossuelosatravsdela variacin de su resistividad. El proyectista de puestas a tierra utiliza estas tcnicas de interpretacin para concluir los parmetros del terreno que requiere en el proyecto de la puesta a tierra a calcular.En los inicios de la prospeccin geoelctri-ca, exista una gama variada de mtodos empricos de interpretacin de las mediciones de resistividad aparente para deducir las caractersticas del terreno. Esta escuela perdura un largo tiempo en pases cono U.S.A., Canad e Inglaterra.Gracias a los aportes de Stefanesco, Maillet y Schlumberger (1932), se desarrollan los mtodos cientfcos, los cuales desplazan rpidamente a los mtodos empricos en Europa. Recin a partir de la dcada del 60, se comienzan a utilizar en U.S.A.Ciertos grfcos de terreno presentan como promediounaformasimilaraunsistemadedos capas, aunque corresponden a un sistema de tres o ms capas.Estos mtodos cientfcos son los recomen-dablesparaserutilizadosenlainterpretacinde lasmedicionesderesistividadaparente,paralos propsitos del proyecto de una puesta a tierra.3.7.1ClasifcacindelosTerrenosa)SistemadedoscapasEnunsistemadedoscapasexistendos posiblescombinacionesdevaloresrelativosde resistividad:1 < 2y1 > 2b)SistemadetrescapasEnunsistemadetrescapasexistenseis posibles combinaciones relativas de resistividades, que se acostumbra agrupar en cuatro tipos, como los TIPO H R15TIPO K TIPO A c)SistemadecuatrocapasPara un sistema de cuatro capas existen 24 posibles combinaciones relativas de resistividad, las que se acostumbra agrupar en los 8 tipos siguien-tes: TipoQQ : 1 > 2 > 3 > 4 Q H : 1 > 2 > 3 < 4 H K : 1 > 2 < 3 > 416R3.7.2InterpretacindelosterrenosmediantecurvaspatronesEste mtodo de interpretacin de las medidas de resistividad de un terreno o tambin llamado Son-deo Elctrico Vertical (SEV), es el ms exacto y ms recomendado. Consiste en realizar una comparacin entre la grfca obtenida en terreno, versus un set de curvas patrones o standard construidas para diversas combinaciones de diferentes estratos.Existencurvaspatronesadecuadasslo para la confguracin de Wenner, y otras, slo para ser utilizadas cuando el SEV se realizo mediante la confguracin de Sclumberger.Si se obtiene un calce perfecto entre la curva de terreno y una curva patrn, se supone que la es-tructura del terreno es idntica a la terica en cuanto a resistividad de los estratos y sus espesores.3.7.3Determinacindelaresistividaddelosestratosa)InterpretacindeunSistemadeDosCapas1.- Trazar las curvas de resistividad aparente con los datos obtenidos en terreno, mediante la confgu-racin de Wenner o Schlumberger. 2.- Identifcar la razn de resistividad correspondien-te para la grfca de terreno. 3.- Superponer la curva de terreno sobre el grfco patrn.4.- Deslizarelgrfcodeterrenosobreelgrfco patrn,paraobteneruncalcelomsperfecto posibleentrelacurvadeterrenoyunadelas curvas patrn. Durante este proceso deben man-tenerse paralelos los ejes de ambos grfcos. 5.- Marcar en el grfco de terreno una cruz correspondiente al origen (1:1) del grfco patrn (cruz de campo).R176.- Leer en el eje vertical del grfco de terreno, la abscisa de la cruz de campo. Este valor corres-ponde a la resistividad (-m), de la capa superior (1). 7.- Leer en el eje horizontal del grfco de terreno laordenadadelacruzdecampo.Estevalor corresponde al espesor (mts), de la capa superior (E1). 8.- Leer el nmero que indica la curva patrn selec-cionada.9.- La resistividad de la segunda capa se determina por medio de la siguiente expresin:2 = n x 1 Si el nmero que indica la curvaes un parmetro sealado como"k", el valor de la resistividad del segundo estrato se calcula como: 2 = 1+K x 1

1- K10.-Elespesordelsegundoestrato,seconsidera de un valor infnito. Para efectos de clculo E2 = 1000 (mts).18Rb)Interpretacin de un Sistema de TresCapas1.- Trazar las curvas de resistividad aparente con los datos obtenidos en terreno, mediante la confgu-racin de Wenner o Schlumberger. 2.- Identifcar la razn de resistividad correspondiente para la grfca de terreno, lo que indicar el tipo de curva presente (Seccin 3.7.1 apartado "b"). 3.- Superponerelgrfcoconlacurvadeterreno sobre el grfco patrn.4.- Deslizarelgrfcodeterrenosobreelgrfco patrn,paraobteneruncalcelomsperfecto posibleentrelacurvadeterrenoyunadelas curvas patrn. Durante este proceso deben man-tenerse paralelos los ejes de ambos grfcos. 5.- Marcar en el grfco de terreno una cruz corres-pondiente al origen (1:1) del grfco patrn (cruz de campo). R196.- Leer en el eje vertical del grfco de terreno, la abscisa de la cruz de campo. Este valor corres-ponde a la resistividad (-m), de la capa superior (1). 7.- Leer en el eje horizontal del grfco de terreno laordenadadelacruzdecampo.Estevalor corresponde al espesor (mts), de la capa superior (E1). 8.- Para determinar la resistividad del segundo estra-to, se utiliza la siguiente expresin:2 = b x 19.- Para determinar la resistividad del tercer estrato, se utiliza la siguiente expresin:3 = c x 110.-Elespesordelacapaintermedia(segundo estrato),sedeterminamultiplicandoelnmero queindicalacurvaconelespesordelprimer estrato, es decir:E2 = n x E111.- El espesor del tercer estrato, se considera de unvalorinfnito.ParaefectosdecalculoE3= 1000 (mts).20Rc) InterpretacindeunSistemadeCuatroCapas1.- Trazar las curvas de resistividad aparente con los datos obtenidos en terreno, mediante la confgu-racin de Wenner o Schlumberger. 2.- Identifcar la razn de resistividad correspondiente para la grfca de terreno, lo que indicar el tipo de curva presente (Seccin 3.7.1 apartado "c"). 3.- Superponerelgrfcoconlacurvadeterreno sobre el grfco patrn.4.- Deslizarelgrfcodeterrenosobreelgrfco patrn,paraobteneruncalcelomsperfecto posibleentrelacurvadeterrenoyunadelas curvas patrn. Durante este proceso deben man-tenerse paralelos los ejes de ambos grfcos. 5.- Marcar en el grfco de terreno una cruz corres-pondiente al origen (1:1) del grfco patrn (cruz de campo). R216.- Leer en el eje vertical del grfco de terreno, la abscisa de la cruz de campo. Este valor corres-ponde a la resistividad (-m), de la capa superior (1). 7.- Leer en el eje horizontal del grfco de terreno laordenadadelacruzdecampo.Estevalor corresponde al espesor (mts), de la capa superior (E1). 8.- Para determinar la resistividad del segundo estra-to, se utiliza la siguiente expresin:2 = b x 19.- Para determinar la resistividad del tercer estrato, se utiliza la siguiente expresin:3 = c x 110.-Paradeterminarlaresistividaddeltercer estrato, se utiliza la siguiente expresin:3 = d x 111.-Elespesordelacapaintermedia(segundo estrato),sedeterminamultiplicandoelprimer nmero(n1)queacompaaalaletra(x)que indica la curva, con el espesor del primer estrato, es decir:E2 = n1 x E111.- El espesor de la tercera capa (tercer estrato), se determina multiplicando el segundo nmero (n2) que acompaa a la letra (x) que indica la curva, con el espesor del primer estrato, es decir:E3 = n2 x E112.- El espesor del cuarto estrato, se considera de unvalorinfnito.ParaefectosdecalculoE4= 1000 (mts).22R4.ResitividadequivalenteEn los clculos relacionados con el dimen-sionamiento de un sistema de puesta a tierra, nece-sitamos conocer un valor de resistividad del terreno equivalentealaaccinconjuntadelasdistintas resistividades de los diferentes estratos presentes en el rea a ocupar por dicho sistema.La resistividad equivalente ser nica cuan-do se trate de un terreno homogneo, pues no slo depende de las caractersticas elctricas y del espe-sor de los estratos presentes en el terreno, si no que adems, depende de la confguracin geomtrica de la puesta a tierra.La metodologa que se presentar a conti-nuacin, slo ser aplicable para la determinacin de la resistividad equivalente, cuando el sistema de puesta a tierra propuesta sea el denominado Malla a Tierra.En la actualidad se determina esta resistivi-dad equivalente, mediante el criterio de Burgsdorf - Yakobs, el cual establece las siguientes considera-ciones:1.-Elreaencerradaporelpermetrodela malla, corresponde a un crculo de radio r, y el valor que se calcula mediante la expresin: Donde:S: Area de la malla en (m2).r: Radio equivalente en (m).Area de la malla2.-La resistividad equivalente de un terreno de "n" capas equivale a la de uno homogneo. Para l se ha encontrado la siguiente expresin: Donde:Rh: Resistencia de la malla para un terreno homogneo.r: Radio equivalente en (m).he:Profundidaddeenterramientodelama-lla (m).3.-Paraelterrenomultiestratifcadolaresis-tividaddepuestaatierrasecalculamediantela siguiente expresin: Donde:Rme: Resistencia de la malla para un terrenomultiestratifcado.hi: Profundidad de la capa i : : Resistividad equivalente del terreno.R234.-Finalmente, igualando las expresiones an-teriores,resulta la siguiente expresin:Tomando como base las expresiones anteriores, a continuacinseentregaelprocedimientodecal-culorecomendadoparadeterminarlaresistividad equivalentedeunterrenosondeado(asumiendo queyaseconocenlasresistividadesyespesores de los estratos).a)Calcular el radio medio de la malla. Donde:S: Area de la malla en (m2). b)Calcularlavariableauxiliarr0delama-lla. Donde:r: Radio medio de la malla en (m).he:Profundidaddeenterramientodelama-lla en (m).c)Calcular la variable auxiliar "q" de la ma-lla. 4.1Procedimientomatemticoparaelclculodelaresistividadequivalented)Calcularlasvariablesauxiliares"yi"dela malla.d1).-Para un terreno de dos estratos: E1: Espesor del primer estrato en (m).E2: Espesor del segundo estrato en (m).d2).-Para un terreno de tres estratos:Donde:i: Resistividad equivalente de la capa i.24Rd3).-Para un terreno de cuatroestratos: Donde:E4: Espesor del cuarto estrato en (m).e)Calcularlasvariablesauxiliares"vi"dela malla.e1).-Para un terreno de dos estratos: e2).-Para un terreno de tres estratos: e3).-Para un terreno de cuatro estratos: f)Calcularlasvariablesauxiliares"Fi"dela malla.f1).-Para un terreno de dos estratos:f2).-Para un terreno de tresestratos: R25g)Calcular la resistividad equivalente.g1).-Para un terreno de dos estratos: Donde:1: Resistividad del primer estrato en (-m).2:Resistividaddelsegundoestratoen(-m).g2).-Para un terreno de tres estratos: Donde:3: Resistividad del tercer estrato en (-m).g3).-Para un terreno de cuatro estratos: Donde:5.SistemasdePuestaaTierraLos sistemas de puesta a tierra (SPT), presen-tan diversas confguraciones posibles, cada una de ellas es til para un determinado tipo de instalacin. Las confguraciones ms utilizadas se pre-sentan a continuacin:5.1.UnelectrodoverticalEste tipo de confguracin se utiliza preferen-temente en el sistema de neutro denominado neutra-lizacin en BT, y es orientado (especialmente por su economa), preferentemente al mbito domiciliario. La defciencia fundamental de este tipo de sistema, es que presenta un valor de resistencia bastante ele-vado (aproximadamente 50 para barras de 1,5 mts. por 3/4" ), respecto a lo que el sistema elctrico (instalacin),requiere(promedio0,4a1).Bajo lacondicinanterior,alutilizarestesistemacomo proteccin a los usuarios, deber complementarse con un dispositivo diferencial

Donde:L1: Largo del electrodo (m).a: Radio del electrodo (m).e : Resistividad equivalente ( - m).26R5.2.2MtododeSchwarzEstemtododeclculoencomparacin con el anterior, es mucho ms exacto, debido a que considera tanto las caractersticas delterreno, como las concernientes a la malla.Donde:S: Area de la malla (m2).d: Dimetro del conductor de la malla (m).he:Profundidaddeenterramientodela malla(m).A: Lado mayor de la malla (m).B: Lado menor de la malla (m).5.2.3UnenmalladoconelectrodosverticalesSilaresistenciadelamalla(yaseapor LaurentoSchwarz),ladenotamoscomoRM yla resistenciadeloselectrodoscomoRB,tenderemos que:Donde:w: Variable auxiliar de clculoa: Radio de cada electrodo (m).n: Nmero de electrodos.d: Dimetro del conductor de la malla (m).L1: Longitud de electrodos.Lm: Longitud de total del conductor de la ma-lla.S: Area de la malla (m2).5.2.UnenmalladoEste tipo de confguracin se utiliza prefe-rentemente dentro del sector terciario e industrial y principalmente en el sistema de neutro denominado tierra de proteccin.Para el clculo de la resistencia de un enma-llado o tambin denominado malla a tierra, existen dos alternativas de clculo, una debida a LAURENT y la otra debida a SCHWARZ.5.2.1MtododeLaurentEste mtodo de clculo solamente considera comoparmetrosfundamentalesdelamalla,los concernientesalalongituddelconductorquela conforma, y el radio equivalente de la misma.

Donde:r: Radio equivalente de la malla (m).Lm: Longitud total del conductor (m).e: Resistividad equivalente (-m).R276.DiseopreliminardelSistemadePuestaaTierraEntodaladiscusinsiguienteconsidera-remos un sistema de puesta a tierra basado funda-mentalmente en una malla formada por conductores enterrados horizontalmente.Como hemos visto en las ecuaciones que defnen el calculo de la resistividad equivalente, el antecedente primario, es la superfcie y caracters-ticasdelamalladepuestaatierra,datoqueel proyectista del sistema ya debe tener defnido, sobre la base de los siguientes parmetros:a)Superfciedisponibleparalainstalacin del sistema.b)Elementos que debern conectarse a la ma-lla.c)Materialdelosconductoresqueformanla malla.d)Unin entre conductores de la malla.e) Posibilidad de comprobar la resistencia de la malla de puesta a tierra instalada (camarillas de registro).f)Consideracin del mejoramiento del terre-6.2ConexionesalamallaMediantecablescontinuosdecobrede secciones adecuadas y uniones que garanticen un 100% de conductividad, debern conectarse a la malla a tierra los siguientes elementos:a)Todas las partes metlicas que normalmen-te no conducen corriente, pero que accidentalmente por fallas de aislacin, pueden quedar energizados.6.1SuperfciedelamalladePuestaaTierraNo existe una ecuacin general que sirva para determinar la superfcie del la malla de puesta a tierra,principalmente la defnicin de la superfcie de la malla depende del rea disponible, tipo de terreno y la experiencia del proyectista.A continuacin se presentan algunas reco-mendaciones de superfcie de mallas, en funcin del tipo de terreno.-Para terrenos hmedos con baja resistividad (50 -m): 16 m2.-Para terrenos semi secos con unaresistivi-dad promedio de 100 -m: 25 m2.-Paraterrenossecosconunaresistividad promedio de 150 -m: 100 m2.6.3Materialdelosconductoresdelamallab)Varillas, tuberas y toda clase de estructuras metlicasenterradasdentrodelpermetrodelama-lla.c)Pararrayos, condensadores de acoplamien-to y cuando corresponda, los neutros delos transfor-madores, mquinas rotatorias, circuitos secundarios El cobre es el material ms utilizado para la construccin de las mallas de puesta a tierra. Adems de su alta conductividad, el cobre tiene la ventaja de ser inmune a la corrosin galvnica desde el terreno circundante, debido a que el cobre es catdico con respecto a otros metales que pueden estar enterrados en las vecindades.Elestaadodelcobrereduceesteefecto en un 50% respecto al acero y al zinc, y lo elimina con respecto al plomo. Esta corrosin puede adems disminuirse aislando ambos metales, en sus cruces, mediante huincha plstica.28R6.4.1ProcesodetermofusinLos procesos de termofusin se basan en re-acciones qumicas de Oxido-reduccin. En el caso de procesos de termofusin aplicado a la unin de conductores de cobre, la reaccin es la siguiente:OxidoCobre+Aluminio=Cobre+OxidoAluminio+HLa gran cantidad de energa generada (H), funde el cobre que cae en forma de colada de fundi-cin, en tanto que el Oxido de Aluminio arrastra impu-rezas, y por su menor densidad sube como escoria.El polvo de soldadura es una mezcla de Oxido de cobre y aluminio, cuya reaccin exotr-mica produce metal fundido.Elcobrefundidofuyeatravsdelcanal sobre los conductores, fundindolos y soldndolos.El equipo para realizar las conexiones es porttil y fcil de operar. 6.4.UnionesentreconductoresdelamallaExisten dos alternativas de unin entre los conductores de la malla de puesta a tierra, uno es el denominado prensas de unin y el otro es el sistema denominadotermofusin.En la prctica, no se recomienda el uso de prensas para la unin de los conductores de puesta a tierra, debido a que no ofrece un grado de unin adecuado entre ellos, lo que aumenta la resistencia de contacto.La cantidad de colada de cobre obtenida en la reaccin, debe ser sufciente para producir la fusin de los conductores, con una masa depositada quegaranticeunaconductividaddel100%dela capacidad del conductor.Estauninasobtenidaesdegranesta-bilidadfsico-qumicaeneltiempo,yaltamente resistente a las solicitaciones trmicas y elctricas a las cuales puede ser sometida. Polvo de IgnicinPolvo de soldaduraDisco de retencinCableMolde de grafto6.4.2ProcedimientoparasuaplicacinEl proceso de termofusin es una verdadera minifundicin. Todas las precauciones que se deben tomar, deben estar orientadas desde ese punto de vista. Los principales obstculos a vencer, para ob-tener una buena termofusin son:GRASAS: Las grasas o aceites raramente presentes en los conductores se deben eliminar mediante solventes.SUCIEDAD: Una limpieza con procedimientos mec-nicos (escobilla de acero), elimina la suciedad.HUMEDAD: Sin lugar a dudas, el mayor obstculo de una unin por termofusin es la humedad, ya que esta se encuentra presente en el molde de grafto, el conductor y en el ambiente.El grafto es un material higroscpico, por lo tanto absorbe humedad del medioambiente. Esta humedad debe ser eliminada mediante el proceso deprecalentamientodelmolde.Elnosecadodel molde trae las siguientes consecuencias:-Salpicaduradelassoldadurasporlaexplosin del agua.- Soldadura porosa (humedad atrapada en el cobre).- Menor duracin del molde debido a las microgrietas producidas por la expansin volumtrica del agua presente en el grafto.Si los conductores se encuentran hmedos o muy fros, deben ser precalentados con un soplete a gas. La soldadura debe mantenerse en su envase, tapada y en un lugar seco.R296.4.3Unionestpicasmediantetermofusin UnionestipoCableaCable UninSS UninTA UninXA UninXB UninPT UninPC UnionestipoCableaBarrayTomaaTierra UninGR UninGT UninGY UnionestipoCableaSuperfciePlana UninHA UninHC UninVS UninVV UnionestipoCableTerminal UninLAUninGL30R6.5.CamarillasderegistroLa resistencia de puesta a tierra de un elec-trodo, un conjunto de electrodos o una malla, deber poder medirse sin difcultades.Para cumplir lo anterior, se debe dejar por lo menos un punto de la puesta a tierra accesible, adaptndoseunadisposicincomolamostrada en 7.MedicindelaResistenciadeunaPuestaaTierraParaefectuarlamedicindelapuestaa tierra, se utiliza el mismo instrumento empleado para medir la resistividad del terreno.Las precauciones a tener presente en la me-dicin de la resistencia de la puesta a tierra son:a) La instalacin elctrica debe estar desenergiza-da.b)Se deben retirar todas las conexiones a la puesta a tierra.7.1ProcedimientoparalaMedicina)Uno de los electrodos de corriente del ins-trumento(bornedelextremoizquierdo,asumiendo una vista frontal del equipo de medicin), se debe conectar al sistema de puesta a tierra a travs de la camarilla de registro.Nota: Se debe conectar el borne de potencial (ms prxi-mo), al borne de corriente indicado anteriormente.b)El otro electrodo de corriente del instrumen-toseconectaalterrenoatravsdeunelectrodo auxiliar,a una distancia (d), no inferior a los 20 metros en el caso de una malla de puesta a tierra, y a una distancia (d), no inferior a 10 veces la longitud en el caso de tener un electrodo vertical (barra).R31c)Eltercerelectrododelinstrumento(poten-cial), se conecta a travs de un segundo electrodo auxiliaralterreno,ysedesplazasucesivamente entre los electrodos de corriente a una distancia (L), teniendo como punto de partida la puesta a tierra. Las distancias (L) recomendadas son:2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 10 - 15 - 20 - 30 - 40 - 50 (mts).d)Finalmente con la distancia de separacin delelectrododepotencial(tercerelectrododel instrumento), y los valores de resistencia indicados por ste, se procede a confeccionar una grfca de resultados. En donde la curva representativa de la medicin adquiera un valor horizontal sostenido, se entender que ste es el valor de la resistencia de la puesta a tierra en estudio. 8.1ModifcacindelaResistenciadeContactoenelCasodeBarras8.MejoramientodeTerrenosEl concepto del mejoramiento de terrenos, consiste en "simplemente" poder disminuir la resisten-cia de la puesta a tierra confgurada.Losparmetrosdemayorinfuenciaenla resistencia de una puesta a tierra son:-La resistencia propia del sistema de puesta atierraoresistenciadecontacto,dadaporlas caractersticas fsicas de la puesta a tierra.-La resistividad del suelo, dada por las ca-ractersticas conductivas de ste.Laresistenciadeunsistemadepuestaa tierra,entonces,podrmejorarseatacandolas situacionesanteriormentedescritas,mediantelas siguientes posibilidades:-Modifcando la resistencia propia del siste-ma.- Modifcando la resistividad del terreno.En el caso de que un solo electrodo no sea sufciente para cumplir con un valor adecuado de resistenciadepuestaatierra,unaprcticatiles ladeutilizarvariasbarrasverticalesconelfnde proveer trayectorias paralelas de corriente a tierra.En este caso, el sistema de puesta a tierra tender a asemejarse a un circuito resistivo paralelo, con lo que la resistencia total de la puesta a tierra, disminuiraenfuncindelacantidaddebarras verticales interconectadas.Lo anterior expresado en frmula, adopta la siguiente estructura:Donde :RT: Resistencia total ().K: Constante de combinacin.RB: Resistencia de una barra ().NB: Nmero de barras en paraleloResistencia()L (mts)RPT32RConstantedeCombinacinN de Barrask21.152331.305341.413951.498261.567071.625281.675691.7201101.7599La distancia de separacin entre barras paralelas debe ser igual al doble de la longitud del electro-do 8.2ModifcacindelaResistenciadeContactoenelCasodeMallasComolaresistenciadelapuestaatierra es una resistencia de contacto, para bajarla bastar sloconaumentarlasuperfciedecontactoentre el suelo y los conductores que forman la malla de puesta a tierra.8.3ModifcacindelaResistividaddelTerrenoComo sabemos, la conduccin en el suelo es inica y no electrnica como es en el caso de los conductores metlicos, por lo tanto, para bajar la resistividaddeunterreno,bastarconadicionar ines al terreno.Existen varias formas de realizar el acondi-cionamiento de un terreno, una de ellas es utilizando diversassalesqumicascomolosonelsulfatode cobre, sulfato de sodio, sulfato de magnesio, carbo-nato de sodio, cloruro de sodio, etc.; sin embargo, este tipo de mejoramiento pierde efecto al cabo de varios meses debido a que las lluvias y la porosidaddelsuelohacenqueestoscompuestos se disuelvan y migren totalmente.Otros materiales utilizados en la reduccin delaresistividaddelterrenosonlosderivadosdel carbono, los cuales cuando son llevados a dimetros deunagranulometramuypequeaproporcionan elementos estabilizadores de muy baja resistividad.Las arcillas osmticas por su propiedad de retener el agua durante largos perodos de tiempo tambin son utilizados en el tratamiento de suelos, sin embargo hay que tener cuidado con la contraccin y expansin de estas arcillas en los perodos de lluvia y sequa.Otrodelosmtodosdemodifcacinde laresistividaddelosterrenoseselusodebarras qumicas, la que es ideal en el caso de suelos que presentan una elevada resistividad, y tienen dimen-sionesfsicas reducidas como para utilizar una malla de una superfcie importante.Las barras qumicas consisten en un electro-do tubular fabricado con cobre electroltico, con el fn de que el xido formado en su superfcie sea buen conductor. Este tubo esta relleno con sales minerales, las cuales se saturan con el aire y se disuelven lenta-mente, saliendo al terreno por orifcios diseminados a lo largo del tubo; minando con estas sales la he-misferia de infuencia, proveyendo as el electrolito necesario para una buena conductividad.Paralograrloanterior,sloesnecesario aumentareldimetrodelosconductoresdela malla y el rea cubierta por la misma. Es claro que esta solucin es antieconmica, por lo tanto poco R3334RBibliografa- Norma NCH 4 Elec. 84 Electricidad. Instalaciones Interiores en baja Tensin.- Norma NSEC 20 EN 78 Electricidad. Subestaciones Transformadoras interiores- Mallas a Tierra- Diseo de Sistemas de Puesta a Tierra.- Estudio Geoelctrico de los Suelos.- Comportamiento de los Sistemas de Puesta a Tierra en Baja Frecuencia.- Diseo y Clculo de Puestas a Tierra.- Sistemas de Puesta a Tierra.- Catlogo Materiales para Puestas a Tierra.Ministerio de Economa Fomento y Reconstruccin.Ministerio de Economa Fomento y Reconstruccin.Memoria Inacap Coln.Seminario de Electricidad Inacap Coln.Claudio Gonzlez, Inacap Coln.Claudio Gonzlez, Inacap Coln.Jorge Valenzuela Alvarado.Mara Morelli, Universidad de Carbono.Alco.El presente manual ha sido elaborado por ELECTRO ANDINA LTDA., en conjunto con el Ingeniero Sr. Claudio Gonzlez Cruz, docente del Area Electricidad y Electrnica de INACAP sede Coln y revisado por el Ingeniero Sr. Jorge Valenzuela Alvarado, ex - catedrtico de la Facultad de Ingeniera de la Universi-dad de Santiago y autor de los Libros "Introduccin al proyecto elctrico", "El por qu de los diferenciales" y "Diseo y clculo de puestas a tierra".R35