NBR 7117 - Medição Da Resistividade e Estratificação Do Solo - Revisão 2006

8/10/2019 NBR 7117 - Medio Da Resistividade e Estratificao Do Solo - Reviso 2006

1/19

NBR 7117 - 2006 (REVISO) - MEDIO DA RESISTIVIDADE E ESTRATIFICAODO SOLO

Procedimento:

1 CB-03 Comit Brasileiro de EletricidadeCE-03 102.01 Comisso de Estudo de Aterramento

Palavras-chave:Resistividade. Estratificao do solo.


2/19

Sumrio

Prefcio1. Objetivo

2. Documentos complementares3. Definies4. Condies gerais5. Condies especficasAnexo A- Instrues para aplicao do mtodo de SchlumbergerAnexo B- Exemplos de estratificao do soloAnexo C- re-impresso do Anexo C do CE 102.01 - 07Anexo D- Exemplo de Planilha de Medies


3/19

Prefcio

A Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) o Frum Nacional de Normalizao. AsNormas Brasileiras cujo contedo de responsabilidade dos Comits Brasileiros (ABNT/CB)e dos Organismos de Normalizao Setorial (ABNT/ONS), so elaboradas por Comisses de

Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte:produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratrios e outros).

Os Projetos de Norma Brasileira circulam para Consulta Nacional entre os associados da ABNTe demais interessados.

Esta Norma contm os anexos A e C, de carter normativo, e os anexos B e D, de carterinformativo.

1. Objetivo

1.1 Esta Norma fixa os critrios e mtodos para medio da resistividade e determinao daestratificao do solo.

2. Documentos complementares

Na aplicao desta Norma necessrio consultar:NBR 5456 Eletrotcnica e eletrnica Eletricidade geral - Terminologia.NBR 5460 Eletrotcnica e eletrnica Sistemas eltricos de potncia Terminologia.

NBR - CE 102.01 - 07 - Norma de ensaios e medies

3. Definies

Os termos tcnicos utilizados nesta Norma esto definidos de 3.1 a 3.15 e nas NBR 5456, NBR5460 e NBR - CE 102.01 - 07 .

3.1 Terra de referncia:Regio do solo suficientemente afastada da zona de influncia de umeletrodo ou sistema de aterramento, tal que a diferena de potencial entre dois quaisquer de seus

pontos, devido corrente que circula pelo eletrodo para a terra, seja desprezvel. uma superfciepraticamente equipotencial que se considera como zero para referncia de tenses eltricas.

3.2 Eletrodo de aterramento:Condutor nu ou envolto em material parcialmente condutor(concreto e outros) enterrado no solo com funo de dissipao de corrente.

3.3 Condutor de aterramento:Condutor ou elemento metlico, sem contato ou com contatoeventual com a terra, que faz a ligao eltrica entre a instalao que deve ser aterrada e oeletrodo de aterramento.

3.4 Sistema de aterramento:Conjunto de todos os eletrodos e condutores de aterramento

interligados entre si, assim como partes metlicas que atuem com a mesma funo, tais como:ps de torre, armadura de fundaes, estacas metlicas e outros.


4/19

3.5 Aterramento:Ligao intencional de parte eletricamente condutiva terra, atravs de umasistema de aterramento.

3.6 Eletrodo natural de aterramento:Elemento condutor ligado diretamente terra cujafinalidade original no de aterramento, mas que se comporta naturalmente como um eletrodo

de aterramento.

3.7 Malha de aterramento:Conjunto de condutores nus, interligados e enterrados no solo.

3.8 Potenciais perigosos:Potenciais que podem provocar danos quando aplicados ao elementotomado com referncia.

3.9 Tenso de toque:Diferena de potencial entre uma estrutura metlica aterrada e um pontoda superfcie do solo, separado por uma distncia horizontal equivalente ao alcance normal do

brao de uma pessoa, e considerado igual a 1,0 m.

3.10 Tenso de passo:Diferena de potencial entre dois pontos da superfcie do solo, separadospela distncia de uma passo de uma pessoa, considerado igual a 1,0 m.

3.11 Tenso mxima do sistema de aterramento: Tenso mxima que um sistema deaterramento pode atingir relativamente ao terra de referncia, quando da ocorrncia de injeode corrente para o solo.

3.12 Resistividade eltrica do solo, resistncia especfica do solo ou, simplesmente,resistividade do solo:Resistncia entre faces opostas do volume do solo, consistindo de umcubo homogneo e istropo cuja aresta mede uma unidade de comprimento.

3.13 Resistividade mdia do solo a uma dada profundidade:Valor de resistividade resultanteda avaliao das condies locais e do tratamento estatstico dos resultados de diversas mediesde resistividade do solo para aquela profundidade, efetuada numa determinada rea ou local, eque possa ser considerado como representativo das caractersticas eltricas do solo.

3.14 Resistncia de aterramento (de um eletrodo):Resistncia hmica entre o eletrodo deaterramento e o terra de referncia.

3.15 Corrente de interferncia (no processo de medio de resistividade do solo):Qualquer

corrente estranha ao processo de medio capaz de influenciar seus resultados.

4. Condies gerais

4.1 O solo um meio geralmente heterogneo, de modo que o valor de sua resistividade variade local para local em funo do tipo, nvel de umidade, profundidade das camadas, idade deformao geolgica, temperatura, salinidade e outros fatores naturais, sendo tambm afetado porfatores externos como contaminao e compactao. Exemplos de variao da resistividade emfuno de alguns destes parmetros so mostrados na Tabela 1 e na Figura 1.


5/19

Tipo de solo Faixa de resistividades

Alagadio at 50

Argila 300 a 5.000

Areia 1.000 a 8.000

Calcreo 500 a 5.000

Granito 1.500 a 10.000

Basalto > 10.000

Tabela 1 Valores tpicos de resistividade de alguns tipos de solo

Pela tabela 1 pode-se perceber que no suficiente conhecer o tipo de solo para poder estimar

sua resistividade, visto que a variao muito grande; os principais causadores dessas diferenasesto mostrados nas figuras.

Figura 1 Variaes tpicas de resistividade do solo

4.2 O aumento da umidade, da salinidade e da temperatura resultam em diminuio dos valores

de resistividade (ver Figura 1). Entretanto, elevaes de temperatura a nveis que geremevaporao da gua resultam em valores maiores de resistividade.

5. Condies especficas

5.1 Medio de resistividade do solo

5.1.1 Consideraes gerais

5.1.1.1 A determinao dos valores das resistividades do solo e sua estratificao deimportncia fundamental para o clculo da resistncia do aterramento, subsidiando o


6/19

desenvolvimento de projetos para sistemas de aterramento, bem como a determinao de seuspotenciais de passo e toque.

5.1.1.2 Em geral, o solo constitudo por diversas camadas, cada uma apresentando um certovalor de resistividade e uma espessura prpria.

5.1.1.3 O valor de resistividade do solo determinado atravs de medies, cujos resultadosrecebem um tratamento matemtico, de modo a se obter a estratificao do solo em camadas

paralelas, de diferentes resistividades e de espessuras definidas.

Figura 2 - solo real e solo estratificado

5.1.1.4 Considerando-se, portanto, a heterogeneidade do solo, verificada pela variao de suaresistividade medida que se pesquisa suas camadas, h necessidade de se procurar meios emtodos que determinem essas variaes, sem que seja necessrio lanar mo de prospecesgeolgicas, o que, de certo, inviabilizaria os estudos para implantao de sistemas deaterramento. Assim sendo, foram desenvolvidos mtodos de prospeco geoeltricos que secaracterizam pela facilidade operacional e preciso fornecidas. A complexidade adicional

causada pelos solos no uniformes comum, e apenas em poucos casos a resistividade constantes com o aumento de profundidade, ou seja, homognea.

5.1.1.5 Basicamente, os mtodos que utilizam sondagem eltrica procuram determinar adistribuio vertical de resistividade, abaixo do ponto em estudo, resultando ento em camadashorizontais; o princpio ir de encontro disposio natural do solo, que geralmente decamadas horizontais causadas por processos sedimentares, porm possvel encontrar camadasoblquas e verticais, derivadas de acidentes geolgicos, que no sero objeto de estudo destanorma.

5.1.1.6 Dispondo-se de dois eletrodos de corrente, pelos quais se faz circular uma corrente I, ede dois eletrodos de potencial que detectaro uma diferena de potencial V, pode-se mostrar quea resistividade do solo proporcional a V/I, sendo o fator de proporcionalidade uma funo domtodo empregado.

5.1.2 Metodologia de medio

Utiliza-se o mtodo de quatro pontos, nos arranjos de Wenner ou Schlumberger.

5.1.2.1 Uma medio definida como o conjunto de leituras obtidas em uma mesma linha,mesma direo de cravamento e diversos espaamentos entre hastes, conforme 5.1.3.1.

5.1.2.2 A localizao dos pontos e das direes das medies dependem da geometria da rea e


7/19

das caractersticas locais. O nmero mnimo de linhas de medio (A, B, C...) bem como oscroquis recomendados para medies em reas retangulares so apresentados a seguir.

rea do terreno [m] nmero mnimo demedies

croquis

S < 1.000 2 A, B

1.000 < S < 2.000 3 A, B, C

2.000 < S < 5.000 4 A, B, C, D

5.000 < S < 10.000 5 A, B, C, D, E

10.000 < S < 20.000 6 A, B, C, D, E, F

Tabela 2 - rea do terreno e nmero mnimo de medies

Nota: para reas acima de 20.000 m, deve-se adicionar, no mnimo, 1 medio para cada 10.000m adicionais.

Figura 3 - sugestes de localizao das linhas de medio

Alm da rea, outros aspectos devem ser observados na determinao do nmero de medies,ressaltando-se:

- as variaes nas caractersticas do solo local, devendo-se procurar medir separadamente aresistividade nos diferentes tipos de terreno existentes;

- as variaes entre os resultados obtidos nos diversos pontos para uma mesma distncia entrehastes (quanto maior a discrepncia entre os resultados, maior deve ser o nmero de pontos demedio).

Notas:

a) Deve tambm ser considerada a variao sazonal da resistividade do solo, devendo, sempreque possvel, ser realizada uma medio no perodo seco.


8/19

b) Pontos de uma mesma rea em que sejam obtidos valores de resistividade com desvio superiora 50% em relao ao valor mdio das medies realizadas podem vir a caracterizar uma sub-reaespecfica, devendo ser realizadas medies adicionais ao seu redor, para ratificao do resultado;se isso no for possvel, considerar a convenincia de descartar o ponto.

c) No caso de medies de resistividade prximas a malhas existentes, objetos condutoresenterrados ou cercas aterradas, devemos afastar a linha de medies de uma distncia igual domaior espaamento a.

d) No caso de medio de resistividade ao longo do eixo de linhas de transmisso em fase deprojeto, devem ser realizadas, no mnimo, duas medies em direes ortogonais nos pontosescolhidos, que devem coincidir com a localizao das torres.

Os resultados das medies da resistncias para os diversos espaamentos devem ser anotadosem planilha semelhante proposta no anexo D.

5.1.2.3 Mtodo dos quatros pontos (geral)

o mtodo mais preciso para medio da resistividade mdia de grandes volumes de terra.Pequenos eletrodos so cravados no solo a pequenas profundidades, alinhados e espaados aintervalos no necessariamente iguais. A corrente de ensaio I injetada entre os dois eletrodosexternos e a diferena de potencial V medida entre os dois eletrodos internos com um

potencimetro ou um voltmetro de alta impedncia. O arranjo de Wenner apresentado a seguir,sendo que o de Schlumberger encontra-se descrito no anexo A.

5.1.2.3.1 Mtodo dos quatros pontos igualmente espaados ou arranjo de Wenner

Figura 4 - Mtodo de 4 pontos, arranjo de Wenner

Neste arranjo os eletrodos so igualmente espaados como mostrado na figura. Seja a adistncia entre dois eletrodos adjacentes e ha profundidade de cravao destes. A resistividadeem termos de unidades de comprimento no qual a'e h'so medidos :


9/19

Frmula 1 - Wenner, completa

Se as hastes forem enterradas a uma profundidade h'que no exceda 10% do espaamento a'-ou seja, h > a/10- pode-se verificar que a frmula 1 fica reduzida a:

= 2 . . a . R

Frmula 2 - Wenner, aproximada, somente para h > a/10

por exemplo, se o espaamento for de 4 metros e as hastes forem cravadas 20 cm, a frmula 3

pode ser utilizada, mas, se o espaamento for de 1 metro, teramos que cravar a haste menos de10 cm, o que geralmente no suficiente para ter um bom contato com o solo.

As hastes do instrumento devem estar sempre firmes e com boa aderncia ao solo; solos arenososou rochosos podem requerer adio de gua ao redor da haste para facilitar o contato eltrico.

Um conjunto de leituras, tomadas com vrios espaamentos entre hastes, resulta em um conjuntode resistividades que, quando plotadas em funo do espaamento, indica a variao daresistividade com a profundidade.

5.1.3 Quantidade de leituras

Para obter uma preciso aceitvel, necessrio efetuar um mnimo de 5 leituras, isto , 5espaamentos entre hastes, para cada linha de medio.

5.1.3.1 Valores dos espaamentos

No h um valor mnimo de espaamento, mas costuma-se iniciar a tabela com 1 a 2 metros.Os espaamentos devem estender-se at a dimenso prevista para a futura malha de aterramento,ou seja, se a malha prevista ter uma extenso de 20 metros, devemos ter espaamentos at a=20.

Figura 5 - exemplo de tabela de espaamentos


10/19

Nota: se possvel, os espaamentos devem ser os mesmos nas diversas linhas de medio.

5.1.4 Equipamento de medio

5.1.4.1 Terrmetro

O equipamento comumente utilizado o terrmetro de quatro pontos, o qual possui uma fontede corrente alternada e os circuitos de filtragem e medio apropriados para uma leitura seminterferncias - vide anexo C.

Figura 6 - aplicao do terrmetro no arranjo de Wenner

5.1.4.2 Medio com gerador

Em alguns casos, como em grandes distncias, possvel que os terrmetros comercialmenteencontrados no sejam suficientes para as medies; pode-se, ento, construir um circuito demedio equivalente, com um gerador de corrente e os devidos instrumentos de medio,tomando-se o cuidado de evitar frequncias de trabalho que possam ser influenciadas porcorrentes presentes no solo por outros motivos.

Figura 7 - circuito de medio

5.1.5 Afastamento de condutores enterrados

Se, no mesmo terreno da medio, houver outros condutores enterrados, como outras malhas,


11/19

tubos metlicos ou armaduras de fundaes, estes podem influir no resultado das medies,gerando medidas incorretas. Deve-se, ento, posicionar as linhas de medio de tal forma que nose aproximem de tais condutores a uma distncia inferior ao maior espaamento a da linha.

Figura 8 - afastamento mnimo de condutores enterrados

No exemplo da figura 8, a linha de medies D deve ser afastada de uma malha existente deuma distncia b maior do que o maior espaamento a previsto para a linha.

5.2 Estratificao da resistividade do solo

5.2.1 Necessidade da estratificao

Como os mtodos de dimensionamento de malhas de aterramento - clculos de resistncia epotenciais - existentes atualmente no trabalham com variaes contnuas da resistividade, necessrio dividir a curva em camadas paralelas, ou estratos.

5.2.2 Critrio da preciso do modelamento

Deve-se conseguir um modelamento do solo no qual a curva correspondente no varie, emrelao aos dados medidos em campo, mais do que 30% a cada ponto de medio.


12/19

Figura 9 - ajuste da curva calculada aos pontos medidos

Para todos os pontos:

Frmula 3 - desvio mximo do valor calculado em relao ao valor medido

onde:= valor calculado - valor medido= valor medido

5.2.3 Determinao do nmero de camadas

Para fins de aterramentos eltricos, usa-se estratificar o solo em uma a quatro camadas. Pode seradotada a estratificao com o menor nmero de camadas que atenda exigncia de preciso doitem 5.2.2 ou, se a preciso geral for significativamente maior, deve ser adotada a estratificaocom maior nmero de camadas.

O nmero de camadas da estratificao , matematicamente:

Ncam = 1 + Npi

Frmula 4 - nmero de camadas

onde Npi o nmero de pontos de inflexo da curva; assim, um solo homogneo ter como curvauma reta, um solo de duas camadas ter uma curva com um ponto de inflexo, etc., ou, visto deoutra forma, uma curva com um ponto de inflexo significa um solo de duas camadas - verapndice B para exemplos de curvas.

O mesmo solo pode ser estratificado em 1, 2, 3 ou 4 camadas, o que vai variar a preciso


13/19

encontrada; ento, define-se que, por exemplo, um solo de 3 camadas o solo tal que necessrio um mnimo de 3 camadas para satisfazer a exigncia do item 5.2.2.

No permitido, pelo exposto acima, reduzir artificialmente o nmero de camadas.

5.2.3.1 Mtodo computacional

Os mtodos computacionais utilizam-se de somatrias infinitas ou de elementos finitos paraajustar os pontos medidos de resistividade a uma curva compatvel. Os softwares existentescalculam estratificaes em 2 a at 5 camadas.

5.2.3.1.1 Verificao do ajuste

O clculo dos desvios em relao s medies parte intrnseca dos mtodos numricosutilizados, sendo comumente disponibilizados numericamente no relatrio do software. Como

alternativa, podem ser medidos na curva plotada pelo mesmo. No sero aceitos relatrios desoftwares que no contenham nem os desvios explicitados de forma numrica nem as curvas comescala e preciso suficientes para verific-los.

5.2.3.2 Mtodo manual, ou grfico

O mtodo manual consiste em marcar os pontos medidos em papel logartmico transparente esobrep-lo a um conjunto de curvas padro e auxiliares plotadas na mesma escala, determinandotrechos ascendentes e descendentes - os pontos de inflexo ficam no encontro de um trechoascendente com um descendente ou vice-e-versa.

5.2.3.2.1 Frmulas para curvas padro

Frmula 5 - curvas padro - Sunde - para arranjo de Wenner em duas camadas, onde:

= resistividade medidaa= espaamento

1 = resistividade da primeira camada

K(x)= funo kernel das camadas0J (y)= funo de Bessel de primeira classe de ordem zero

x= varivel de integrao

A funoK(x)para duas camadas, segundo Sunde, :

Frmula 6 -K(x)segundo Sunde

onde k o fator de reflexo entre as resistividades das camadas 1 e 2, dado por:


14/19

Frmula 7 - fator de reflexo

eH a espessura da primeira camada.

Para trs ou mais camadas necessria a utilizao de curvas auxiliares.

5.2.3.2.2 Verificao do ajuste

Aps a plotagem da curva encontrada, deve-se medir os valores e calcular os desvios em cadaponto em relao aos medidos, usando a Frmula 3. No ser aceita a estratificao manual sema apresentao das curvas finais e a indicao dos desvios.


15/19

ANEXO A Instrues para aplicao do mtodo de Schlumberger

A-1 Introduo

O arranjo de Schlumberger uma disposio para o mtodo dos 4 pontos onde o espaamento

central mantido fixo (normalmente igual a 1,0 metro) enquanto os outros espaamentos variamde forma uniforme.

So apresentadas a seguir, instrues para a execuo de medio de resistividade do solo,utilizando o mtodo de quatro pontos de acordo com o arranjo de Schlumberger.

Figura A1 Croquis para medies

A-2 Formulao

Frmula A1 - curvas padro para arranjo de Schlumberger em duas camadas

onde:u= metade do afastamento das hastes de potencial = (1,0) / 2v= metade do afastamento das hastes de corrente = (a + 1,0 + a) / 2demais elementos conforme Frmula 5 (item 5.2.3.2.1)


16/19

ANEXO B exemplos de estratificao do solo

O nmero de camadas da estratificao , matematicamente:

Ncam = 1 + Npi

onde Npi o nmero de pontos de inflexo da curva; assim, um solo homogneo ter como curvauma reta, um solo de duas camadas ter uma curva com um ponto de inflexo, etc., ou, visto deoutra forma, uma curva com um ponto de inflexo significa um solo de duas camadas.

Figura B1 - Exemplo de curva para solo homogneo

Figura B2 - Exemplos de curvas para solo de 2 camadas

Figura B3 - Exemplos de curvas para solo de 3 camadas


17/19

Figura B4 - Exemplos de curvas para solo de 4 camadas:

Exemplo de um mesmo solo estratificado em 1, 2, 3 e 4 camadas:

espaa-mento

medio 1 camada erro 2camadas

erro 3camadas

erro 4camadas

erro

[m] [Ohm.m] [Ohm.m] % [Ohm.m] % [Ohm.m] % [Ohm.m] %

1 532.27 663,08 24,6 661.07 -24.20 532.26 0.00 532.24 0.01

2 653.64 663,08 1,4 660.48 -1.05 653.64 0.00 653.56 0.01

5 842.65 663,08 21,3 656.00 22.15 842.63 0.00 842.57 0.01

8 822.90 663,08 19,4 625.64 23.97 822.87 0.00 822.60 0.04

16 463.95 663,08 42,9 483.33 -4.18 463.97 0.00 463.97 0.00

Tabela B1 - exemplo comparativo de preciso

Os valores da tabela B1 so de um solo real, estratificado via software; pode-se notar que os errosso grandes para 1 e 2 camadas, enquanto que, para 3 e 4 camadas, o erro aproxima-se de zero.

Neste caso, embora todos os pontos em 2 camadas estejam com valores de erro individualmentemenores que 30%, deve-se utilizar a estratificao em 3 camadas, pois os erros soconsideravelmente menores.

Figura B5 - grficos dos ajustes em 3 e 2 camadas da tabela B1


18/19

ANEXO C - Terrmetro

[cpia literal do anexo C do CE 102.01 - 07]


19/19

ANEXO D - Exemplo de Planilha de Medies

LOCAL: ______________________________________________DATA DA MEDIO: ____/____/____INSTRUMENTO:_______________________________________

CARACTERSTICAS DO SOLO:Terraplenado: [ ] SIM [ ] NOCompactado: [ ] SIM [ ] NOTipo de camada superficial _______________________Estado aparente de umidade [ ] SECO [ ] MIDOnota: medies no vlidas em caso de solo muito mido!Estao do ano: [ ] SECA [ ] CHUVOSA

MEDIES:

Profundidade de cravao das hastes: _________ [m]Valores em: [ ] Ohm [ ] Ohm.m

afastamento[m]

valores medidos nas linhas mdia

a A B C D E F

CROQUIS:

NBR 7117 - Medição Da Resistividade e Estratificação Do Solo - Revisão 2006

Documents

Transcript of NBR 7117 - Medição Da Resistividade e Estratificação Do Solo - Revisão 2006