El hormigón es higroscópico, lo que significa que absorbe agua y, cuando se entierra, dependiendo de los niveles de humedad del suelo circundante, se comporta como un medio semiconductor. El hormigón tiene una resistividad eléctrica típica de entre 30 Ohm.m y 200 Ohm.m [1]. Se ha medido que la resistividad del hormigón húmedo es casi uniforme en todo su espesor, mientras que el hormigón normal tiene un modelo equivalente de dos capas que consiste en una capa inferior con una resistividad de 1244 Ohm.m y 195 Ohm.m para la capa superior (curiosamente, la resistividad del hormigón aumenta con la profundidad/espesor).
Debido a la resistividad relativamente baja del hormigón, se sabe que las picas de puesta a tierra metálicas que están encapsuladas dentro del hormigón tendrán una menor resistencia a tierra tanto a la frecuencia de potencia como a los niveles de impulso del rayo que la misma pica que está directamente enterrada en la tierra [4].
Por lo tanto, el recubrimiento de hormigón de las varillas de puesta a tierra puede utilizarse para reducir su resistencia a tierra y mejorar el rendimiento general del sistema de puesta a tierra. Sin embargo, se trata de una medida costosa y debe adoptarse con cierta cautela. Si se dispone de espacio suficiente, puede ser mejor aumentar el número de picas enterradas directamente, garantizando al mismo tiempo separaciones horizontales adecuadas (sepárelas al menos por su longitud de accionamiento - lea nuestro artículo sobre Fundamentos del diseño de puesta a tierra) para reducir el efecto de proximidad entre varias picas enterradas.
Existen ecuaciones empíricas para calcular la resistencia tanto de las picas de puesta a tierra enterradas directamente como de las encapsuladas en hormigón. Existen métodos más precisos (descritos en nuestro artículo [7]) para modelizar las picas de hormigón mediante software numérico.
Las bases de hormigón de los postes de las líneas de transmisión pueden actuar como estructuras de puesta a tierra en los sistemas de distribución, donde han demostrado ser una alternativa viable y económica en sustitución de las varillas individuales, especialmente en suelos de alta resistividad [4]. En el caso de suelos de baja resistividad, la resistencia del polo base es mayor que la de una varilla individual. Por otro lado, se observa lo contrario para suelos de alta resistividad. Los mismos métodos descritos en el artículo [7] pueden utilizarse para modelizar las cimentaciones de postes de hormigón para puesta a tierra.
Los principales problemas de las picas de puesta a tierra encapsuladas en hormigón se deben a la corrosión de la armadura de acero embebida en el interior del hormigón. Cuando las barras de refuerzo se corroen, se expanden hasta unas 2,2 veces su volumen original, lo que puede partir los cimientos de hormigón. La corrosión de las barras de refuerzo se debe al flujo de corriente continua parásita. Las barras de acero y el conductor de puesta a tierra están conectados eléctricamente a través del medio semiconductor del hormigón. Incluso si no hay corrientes continuas parásitas, se ha demostrado que aproximadamente el 0,01% de la corriente alterna que fluye hacia el suelo se rectifica en la interfaz del acero y el hormigón [1]. Sin embargo, también se ha demostrado que por debajo de un umbral de unos 60 V CC no se produce corrosión.
Tenga en cuenta que las barras de refuerzo en el interior del hormigón deben estar siempre unidas directamente con la toma de tierra, ya que esto puede reducir significativamente las tensiones de contacto (hasta un 83% en condiciones húmedas) [2].
Referencias
- IEEE Std 80-2013, "Guía IEEE para la seguridad en la puesta a tierra de subestaciones de CA".
- EPRI, "Touch and Step Voltage Measurements on Field Installed Ground Grid and Concrete Pads", 2009.
- Hugo et al., "A Feasibility Study on the Use of Concrete Pole Bases as a Grounding Topology for Distribution Systems", 2013 International Symposium on Lightning Protection, Brasil.
- Cabral et al., "Comparative Performance of Impulse Grounding Systems Embedded in Concrete: An Experiment in Reduced Scale", 2016 International Conference on Lightning Protection, Portugal.
- Wiener, P., "A Comparison of Concrete Encased Grounding Electrodes to Driven Ground Rods", IEEE Transactions on Industry and General Applications 1970.
- Electrotechnik, "Fundamentos del diseño de puestas a tierra", https://elek.com/articles/fundamentals-of-earthing-design/
- Electrotechnik, "Modelización de picas de puesta a tierra rodeadas de bentonita", https://elek.com/articles/modelling-earthing-rods-surrounded-with-bentonite/
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