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UNIDADE III
“MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA E RESISTIVIDADE DO
SOLO”
1. INTRODUÇÃO
A realização de uma instalação de aterramento requer conhecer previamente o perfil da resistividade do terreno conforme a profundidade. Desta forma, facilita a escolha da configuração do aterramento que proporciona melhores resultados técnico-econômicos.
Por outro lado, devem ser realizadas medições para conhecer a resistividade do terreno; no entanto, em instalações de baixa potência pode-se estimar a resistividade por meio das tabelas de resistividades típicas, (tabela 2.2 e 2.3) do capítulo 2, nas quais constam alguns valores referenciais.
Um dos parâmetros mais importantes que caracteriza um aterramento é o valor da sua resistência. Define-se como o cociente entre o potencial adquirido por ela e a corrente conduzida à terra.
Devido a que existem diferentes espessuras dos estratos e com resistividades diferentes cada um, a fim de obter um valor baixo de resistência, é necessário selecionar o tamanho e a forma dos eletrodos (como barras ou malhas) a enterrar, já que disso dependerá a resistência.
2. COMPORTAMENTO DO ATERRAMENTO
A instalação de um sistema de aterramento deve assegurar:
Um valor requerido de impedância. Que as tensões de passagem e contato não sejam perigosas.
Os fatores que incidem na impedância são:
As dimensões físicas e atributos do sistema de eletrodos de terra. As condições do solo (composição, conteúdo de água, etc.).
If
U
R
O sistema de eletrodos metálicos apresenta uma impedância ao fluxo de corrente que consiste de três partes principais: a resistência do material do eletrodo, a resistência de contato entre o eletrodo e o terreno e, finalmente, uma resistência de contato volumétrica dependem das características do terreno. Esta última normalmente é a mais significativa e é necessária a sua medição.
3. FINALIDADE DA MEDIÇÃO
A medição da resistência tem as seguintes finalidades:
Obter a resistência de cada estrato ou camada. Encontrar a profundidade dos estratos ou camadas. Localização ótima das instalações de aterramento.
4. SELEÇÃO DOS EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO
Antes de realizar uma medição de resistividade é necessário selecionar adequadamente o equipamento a utilizar e para tanto é necessário saber quais são os componentes do instrumento, ou seja, a fonte de potência, o sistema de medida, os requisitos mínimos que deve cumprir e a que tipo de ensaio deve ser submetido este equipamento.
Existem tradicionalmente equipamentos analógicos e digitais, equipamentos que trabalham à manivela e à bateria. Na atualidade, os equipamentos modernos devem cumprir os seguintes requisitos:
a) Compactos e de fácil deslocamento b) Interfase para PC, armazenamento de informação e controle por microprocessador c) Opção para medição multipolo (2, 3, 4) d) Facilidade de uso de pinças e sem estacas (hastes auxiliares) e) Ao usar transdutores de medição devem ser de similar classe de precisão f) Devem ter certificações dos seguintes ensaios tipo: ensaio de isolamento, ensaio de compatibilidade eletromagnética, ensaios climáticos, ensaios mecânicos, ensaio de classe de precisão.
ENSAIOS TIPO
Os equipamentos de medição para seu funcionamento adequado, em qualquer condição e para apresentar uma leitura confiável, devem cumprir com ensaios tipo e devem ter certificações dos mesmos. A seguir indicam-se algumas referências aos diferentes ensaios tipo:
6. MÉTODOS DE MEDIÇÃO
Atualmente, existem diferentes métodos de medição tanto para a resistividade quanto para a resistência.
6.1 MÉTODOS DE MEDIDA DA RESISTIVIDADE
Para uma análise real do terreno é fundamental realizar a medição da resistividade do terreno. Os métodos de medição podem ser classificados pelo número de eletrodos utilizados:
Método de três eletrodos. Método de quatro eletrodos. Configuração de Wenner. Configuração de Schlumberger.
6.1.1 MÉTODO DOS TRÊS ELETRODOS
Basicamente consiste primeiro em medir a resistência de aterramento de um eletrodo de dimensões conhecidas, enterrado em um terreno cuja resistividade se deseja conhecer. Previamente realiza-se o cravamento do eletrodo (Figura 3.1):
Figura 3.1 Cravamento do eletrodo explorador
Para realizar a medida da resistência de dispersão (R) do eletrodo (por exemplo com L = 1,2 m; d = 0,013 m) pelo método de queda de potencial (Figura 3.2) serão realizadas duas medições de resistência “R”, do eletrodo explorador C1 até dois desdobramentos de eletrodos P2 e C2, cravados em solo firme (somente em terrenos homogêneos) a
Martelo pesado
Penetração mínina
Estrato suave penetração
Estrato duro Penetração difícil
Explorar eletrodo
0,15 m de profundidade, ambos em linha reta radial, com a qual é calculada finalmente a resistividade:
ρ = 1,10 R
Sendo:
I
U
R
Figura 3.2 Método de três eletrodos para a medição de resistividade
6.1.2 MÉTODO DOS QUATRO ELETRODOS
O princípio deste método baseia-se na medição da diferença de potencial entre dois dos eletrodos, após ter injetado no terreno uma corrente através dos outros dois. A corrente injetada pode ser corrente contínua ou corrente alternada de baixa frequência (menores de 200 Hz), por razões de acoplamento entre os condutores. A equação fundamental para a medição de resistividade mediante quatro eletrodos, levando em conta a (Figura 3.3), é:
r 4
r 3
r 2
r 1
I
2 U
Medidas com terrômetro
Resistividade equivalente Raio elétrico do eletrodo Resistência medida
A resistividade é determinada mediante a seguinte equação:
Onde:
: Resistividade aparente do terreno ( – m) R: Resistência medida () a: Distância entre eletrodos (m) b: Profundidade de penetração dos eletrodos (m)
Figura 3.4 Configuração de Wenner
Se a distância enterrada (b) for pequena comparada à de separação entre eletrodos (a), ou seja a > 20* b , a seguinte fórmula simplificada pode ser aplicada:
ρ 2 π aR
A resistividade obtida como resultado das equações representa a resistividade média de um hemisfério de terreno de um raio igual ao afastamento dos eletrodos.
Como exemplo, se a distância entre eletrodos (a) for de 3 metros, (b) for 0.15 m e a leitura do instrumento for de 0.43 ohms, a resistividade média do terreno é de 8.141 ohm-m conforme a fórmula completa e de 8.105 ohms-m, conforme a fórmula simplificada.
2 2 0.5 (4a 2 4b 2 ) 0.
2a
(a 4b )
2a
4 π aR
Fonte de
corrente
Na figura 3.5 também se pode observar o método da configuração de Wenner utilizando um instrumento específico.
Figura 3.5 Configuração de Wenner
6.1.4 CONFIGURAÇÃO DE SCHLUMBERGER
Para esta configuração, os quatro eletrodos colocam-se também em linha reta, mantendo o afastamento entre eletrodos centrais ou de potencial P 1 e P 2 constante (a), enquanto que os eletrodos exteriores C 1 e C 2 variam seu afastamento a partir dos eletrodos interiores, a distâncias múltiplas (na) do afastamento base dos eletrodos centrais, conforme mostra a Figura 3.6. A equação fundamental para este caso é:
= R(n+1) na
Figura 3.6 Configuração de Schlumberger
Fonte de
corrente
Figura 3.7 Método volt – amperimétrico
Na figura 3.8 considera-se o solo como se tivesse resistividade uniforme () e aplica-se o principio de “Queda de Potencial”, com um circuito de corrente (C1, C2) e um circuito de potencial (C1, P2) definindo-se três pontos essenciais:
C1: Eletrodo de aterramento. P2: Eletrodo de potencial. C2: Eletrodo de referência.
Figura 3.8 Princípio de queda de potencial
E P C
Pozo de Tierra
A
V
Transformador de aislamiento
Transformador de isolamento
Poço de aterramento
Instrumento
Corrente
Potencial
Aterramento
Para medir o aterramento com eletrodo vertical, considera-se:
d 20 ro
ro = 1,10 m. (raio equivalente)
p = 0,618 d
Então devem ser realizadas as medições às seguintes distâncias:
C1 C2 = d = 20 x 1, 1 m = 22 m
C1 P2 = p = 0,618 x 22 m = 13, 5 m
6.2.2 USO DO TERRÔMETRO
Quando forem utilizados instrumentos específicos como o terrômetro deve-se realizar a conexão respectiva como mostrado na figura 3.9; neste caso, proceder-se-á à medição da seguinte forma:
Desconecta-se o circuito de terra. Conecta-se o borne E do aparelho ao eletrodo de aterramento e os eletrodos de corrente C e potencial P. Verifica-se o estado da bateria. Verifica-se a tensão de injeção que fornece o equipamento ao circuito. Coloca-se o seletor em medição de resistência e pressiona-se o pulsador para logo estabilizar a tensão de injeção com ajuda do dial de resistências e, desta forma, obtém-se diretamente o valor de R em ohms.
Figura 3.11 Medição de aterramento com dois eletrodos
Na Figura 3.12 pode-se ver o método de dois eletrodos utilizando um instrumento digital.
Figura 3.12 Medição de aterramento com dois eletrodos com instrumento digital
E
Mas de 5 mt.
Mais de 5 m
7. INTERPRETAÇÃO DE RESULTADOS
7.1 REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DA MEDIÇÃO DE RESISTIVIDADE
Durante a realização da medida de resistividade com os métodos mencionados, pode-se desenhar uma curva de resistividade versus separação de eletrodos.
Esta curva proporcionará informação com relação à estrutura geral do terreno na localidade, identificando leituras estranhas e ajudando a decidir quantas medidas são necessárias. Se há grandes flutuações nos valores medidos, é provável que as condições do solo sejam variáveis, devido a que a terra foi compactada ou existem tubulações enterradas na área. Em tais casos, as medidas devem ser tomadas em algumas direções transversais através do local. Algumas destas transversais devem ser em ângulo reto com relação às outras, para permitir a identificação de interferências de cabos elétricos próximos.
Na figura 3.13 mostra-se um exemplo de curva de resistividade de um terreno para um solo relativamente uniforme.
0 5 10 15 20 25 30
36
40
44
48
52
56
60
64
68
72
76
80
Separación entre electrodos (metros)
Resistividad aparente (
m)
Valores calculados
Valores medidos
Figura 3.13 Resistividade aparente do solo calculada em função do afastamento das estacas de prova
Resistividade aparente
Afastamento entre eletrodos ( metros)
c) SOLO ESTRATIFICADO DE TRÊS CAMADAS
No modelo de três camadas há quatro tipos possíveis de combinações (Figura 3.15a até d), onde pode-se observar que as curvas correspondentes a este modelo possuem dois pontos de inflexão.
Figura 3.15 Solo estratificado de três camadas
Em geral, por geometria uma curva de n camadas pode ter 2(n-1)^ tipos de combinações e até (n – 1) pontos de inflexão.
7.2 REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DA MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIA
Mediante o método volt-amperimétrico obtém-se uma série de resultados ao deslocar os eletrodos auxiliares. Com estes resultados se obterá uma curva cujo equivalente se verá como a seguinte:
Figura 3.16 Curva para determinar a resistência de aterramento de um eletrodo
a 1
1 2 3
a
a
1
a
1 2 3
a
1
1 2 3
a
a
a
1 2 3
(a) (b)
(c) (d)
Resistência de medida^ Distância^ entre E e o eletrodo auxiliar C
Zona de medda para o cálculo do verdadeiro valor da resistência do eletrodo E
O trecho horizontal da curva nos indicará aproximadamente o valor da resistência do aterramento.
