As medições da resistividade do solo constituem a base de qualquer estudo de aterramento elétrico e são, portanto, de suma importância.

Para essa medição, uma corrente elétrica é injetada no solo em dois eletrodos externos e a tensão resultante é medida nos dois eletrodos de potencial dispostos em linha reta entre os eletrodos de corrente. Quando os eletrodos de corrente e de potencial estão próximos uns dos outros, a resistividade medida é indicativa das características locais do solo superficial. Quando os eletrodos estão muito afastados, a resistividade medida é indicativa das características de profundidade média do solo em uma área muito maior.

Em princípio, as medições da resistividade do solo devem ser feitas em intervalos (entre os eletrodos adjacentes de corrente e de potencial) da mesma ordem, pelo menos, que a extensão máxima do(s) sistema(s) de aterramento em estudo, embora seja preferível ampliar, sempre que possível, a extensão das linhas de medição em diversas vezes a dimensão máxima do sistema de aterramento. Com uma certa frequência, o espaçamento máximo dos eletrodos será ditado por outros fatores, como a extensão de terra livre da interferência de condutores nus subterrâneos.

As folhas de dados (disponíveis nos softwares da SES) fornecem os espaçamentos de eletrodos, iniciando com valores pequenos, para informações sobre as camadas superficiais, e terminando com os valores maiores. Como pode ser observado, o espaçamento aumenta exponencialmente para cobrir todo o intervalo das profundidades de medição necessárias da maneira mais eficaz possível.

Cuidados especiais

Ruído de fundo. Em razão de fontes próximas de correntes de 50 Hz ou 60 Hz e suas harmônicas, um ruído elétrico nessas frequências já é esperado nas medições, principalmente em espaçamentos maiores. Os métodos convencionais de medição podem confundir esse ruído com o sinal injetado, resultando em leituras da resistividade aparente do solo maiores que os valores reais em uma ordem de magnitude. Isso ressalta a necessidade de escolher equipamentos que utilizem uma frequência diferente das mencionadas, incluindo suas harmônicas, para que possam diferenciar com eficiência o que é o sinal e o que é o ruído. Resistivímetros como o SYSCAL Junior ou o R1 Plus (este último é fortemente recomendado quando são esperados grandes espaçamentos entre eletrodos ou material superficial de alta resistividade), fabricados pela Iris Instruments (Orleans, França), ou ainda o SuperSting R1/IP – resistividade à terra de memória de canal único e medidor de IP, fabricado pela Advanced Geosciences (Austin, Texas, EUA), conseguem fazer isso. Eles são capazes de medir com precisão seu mais baixo sinal de frequência, mesmo se o ruído de fundo de 50 Hz ou 60 Hz for milhares de vezes maior em magnitude. A seguir, nos referimos ao resistivímetro SYSCAL, mas o medidor SuperSting tem capacidade equivalente. Alguns aparelhos de alta qualidade fabricados por outras empresas podem ter capacidades similares ou melhores, por isso é recomendado comparar os produtos antes de escolher o que melhor atenda a suas necessidades e orçamento.

Acoplamento entre os fios. Outro problema que pode ser encontrado em espaçamentos grandes entre eletrodos, em particular quando as resistividades aparentes são baixas a moderadas, é o acoplamento pelo campo magnético criado entre fios os eletrodos de corrente e os de medição de tensão. Esse acoplamento induz na tensão medida um ruído na mesma frequência do sinal, amplificando a resistividade auferida. Enquanto alguns equipamentos são capazes de detectar essa alteração de fase e fazer uma correção parcial, outros equipamentos não fazem isso. Um resistivímetro de alta qualidade contorna esse problema ao empregar um sinal de muito baixa frequência (pulsos de onda quadrada de 500 milissegundos a 2.000 milissegundos, sendo este último valor a configuração preferida), que gera um acoplamento de campo magnético negligenciável.

Influência de estruturas metálicas nuas subterrâneas. As estruturas condutoras nuas (incluindo as mistas de concreto e metal) de comprimento significativo enterradas nas proximidades das linhas de medição podem distorcer a resistividade medida no solo. Quando uma linha de medição está paralela a uma estrutura longa desse tipo, um erro importante pode acontecer sempre que o espaço livre entre a linha e a estrutura for da mesma ordem que o espaçamento dos eletrodos. Esse erro aumenta conforme o espaçamento dos eletrodos aumenta em comparação com o espaço livre. Um efeito similar é observado quando os eletrodos são colocados perto de sistemas de aterramento relativamente pequenos interconectados por meio de cabos aéreos. Como regra geral, para evitar erros assim, não pode haver estruturas metálicas nuas de tamanho significativo enterradas dentro de um raio r a partir de qualquer eletrodo de medição, onde r é a distância entre os eletrodos de corrente e de potencial. Quando a linha de medição é perpendicular à estrutura condutora subterrânea e elas não se cruzam, o espaço livre não é tão necessário. A modelagem computacional da estrutura subterrânea e dos eletrodos de medição pode fornecer uma estimativa do erro a ser esperado em diferentes estratificações.

Sinal fraco. Um sinal de medição fraco pode ser o resultado de uma fonte de energia baixa, uma fonte de tensão baixa ou uma alta resistência de contato de um ou de ambos os eletrodos de injeção de corrente. Esse problema é visto mais frequentemente quando os eletrodos são colocados em solos com uma camada superficial de alta resistividade ou quando o espaçamento entre eles se torna maior (a força do sinal é inversamente proporcional a esse espaçamento para o método dos quatro pontos de  Wenner  e inversamente proporcional ao quadrado do espaçamento para o método de Schlumberger, mantendo todo o restante inalterado). O uso de uma fonte poderosa e de alta tensão é a primeira consideração clara para evitar esse problema. Entretanto, mesmo com uma boa fonte, a resistência de contato pode facilmente se tornar um problema em solos de alta resistividade com um espaçamento grande entre os eletrodos. A solução, nesse caso, é aprofundar os eletrodos de injeção de corrente o máximo possível e molhar o solo em volta deles com  água salina – isso deve ser feito somente em grandes espaçamentos de eletrodos. Se necessário, diversas hastes podem ser enterradas e conectadas entre si para formar um grande eletrodo de baixa impedância. Em rocha sólida ou em rocha com uma camada rasa de solo na superfície, os eletrodos podem ser posicionados horizontalmente e cobertos com material condutivo, como terra umedecida com água salina. Se a rocha estiver em um ponto localizado, a posição do eletrodo pode ser alterada (e anotada) para que se evite essa rocha; o módulo de cálculo RESAP, integrante do software CDEGS, considera esse tipo de cenário nas interpretações.

Diversos resistivímetros de boa qualidade oferecem uma fonte de alta tensão e alta potência, se comparados com outros modelos menos poderosos: a tensão de saída deles varia de 50 V a 400 V ou mais, e a potência de saída pode chegar a 50 W – 250 W (dependendo do modelo).

Um sinal fraco pode ser detectado por meio do exame das magnitudes da tensão do sinal medido e da corrente de injeção, e também pela verificação da consistência das leituras. Tais resistivímetros podem oferecer leituras razoavelmente precisas para correntes de injeção tão baixas quanto 1 mA (um mínimo de 5 mA é preferível) e tensões de sinal tão baixas quanto 1 mV, na presença de ruído de 50 Hz ou 60 Hz, que é 4.389 vezes maior em magnitude. Por outro lado, um ruído de fundo de muito baixa frequência pode exigir um sinal mais forte para uma boa precisão. Tal necessidade pode ser detectada pelo valor de desvio-padrão ou por outros indicadores de qualidade informados pelo instrumento, uma vez que ele faz uma série de leituras com onda quadrada de polaridade alternada. Quando o indicador de qualidade é 0 no final da série de leituras, a medição é confiável; caso contrário, deve ser procurado um sinal mais forte. Uma série de 10 ciclos ou mais deve ser selecionada para cada medição. Além disso, o indicador de qualidade deve ser observado enquanto as medições são feitas: se aparecer “***” durante as leituras, a medição deve ser descartada. Isso é geralmente um indicativo de que um dos fios de injeção de corrente se desconectou. Uma precaução adicional é ler a resistividade com duas correntes de injeção diferentes, se possível. Se as leituras forem consistentes, elas podem ser consideradas válidas. O operador do instrumento deve utilizar uma tabela de dados para garantir que esses valores importantes sejam devidamente registrados.

Leituras inconsistentes. Leituras inconsistentes podem ocorrer devido a conexões ruins ou alta resistência de contato, ruído a uma frequência similar à usada pelo equipamento de medição, proximidade de estruturas condutoras subterrâneas, falhas de equipamento, erros de operação e outros fatores. As resistividades medidas devem ser plotadas em um gráfico log-log no campo, para que ações corretivas sejam imediatamente tomadas assim que uma medição irregular for detectada. É esperado que o gráfico da resistividade versus o espaçamento dos eletrodos mostre uma curva suave. Mudanças bruscas sugerem a necessidade de verificar a configuração do equipamento, repetir as medições e fazer medições adicionais para espaçamentos menores e maiores perto daquele que apresentou o problema.

Magnitude excessiva de tensão. Alguns resistivímetros necessitam de uma tensão de entrada (incluindo o sinal e o ruído) de menos de 5 V para fazerem a leitura. A tensão que excede os 5 V pode ocorrer quando o ruído é excessivo: nesse caso, a tensão de entrada deve ser reduzida com a ajuda de um circuito divisor de tensão (por exemplo, a tensão dos dois eletrodos internos de potencial é aplicada a um resistor de 100 kW em série com um resistor de 1 MW, e a tensão através do resistor de 100 kW é medida pelos terminais do medidor, resultando em uma redução de tensão de 90,9%). Uma tensão excessiva também pode ocorrer em curtos espaçamentos entre eletrodos devido à força excessiva do sinal. Nesse caso, a tensão pode ser diminuída com a redução da tensão da fonte ou da profundidade do eletrodo de corrente.

Vale observar que a profundidade dos eletrodos de injeção de corrente não deve jamais exceder 33% do valor do espaçamento entre os eletrodos adjacentes de corrente e de potencial; os de potencial devem ser colocados a profundidades ainda menores. Isso melhora a precisão das medições em espaçamentos pequenos.

Detalhes de medição

Os fios de injeção de corrente são conectados aos terminais de corrente do instrumento (nomeados “A” e “B”, ou “C1” e “C2”) e os fios de potencial são conectados aos terminais de potencial (nomeados “M” e “N”, ou “P1” e “P2”). O espaçamento dos eletrodos é inserido e o processo de medição é iniciado. O instrumento registra e faz a média de quantas leituras o usuário definir (por exemplo, 6 ou mais).

As medições devem ser feitas ao longo de linhas, determinadas em conjunto com a SES (fornecidas em um documento separado). É importante que o espaçamento máximo entre os dois eletrodos de injeção de corrente ao longo da linha de medição mais extensa seja pelo menos igual ao triplo do comprimento máximo do sistema de aterramento a ser projetado, no mínimo, se isso puder ser realizado sem interferência de estruturas condutoras subterrâneas próximas.

Método de Schlumberger

As medições devem ser feitas com base no método de 4 pontos de Schlumberger, levando em conta as recomendações descritas neste documento. Os eletrodos de potencial P1 e P2 devem ser instalados no centro da linha de medição, inicialmente a 1 metro de distância um do outro. Os eletrodos de corrente C1 e C2 devem ser colocados com distância progressivamente crescente a partir dos de potencial, começando com 0,10 m do mais próximo e aumentando até o espaçamento máximo especificado pela SES para cada linha de medição. O "espaçamento máximo do eletrodo" indicado para qualquer linha dada é a distância máxima entre cada eletrodo de potencial e seu eletrodo de corrente adjacente. A distância entre os eletrodos de potencial continua sendo 1 m para as poucas medições iniciais, aumentando depois conforme a necessidade para obter um sinal suficientemente forte (ou seja, pelo menos de 1 mV a 10 mV, se possível, e um  indicador de qualidade  qualidade de valor 0). Vale notar que, antes de aumentar o espaçamento dos eletrodos de potencial, todas as tentativas práticas de melhorar a resistência de contato dos eletrodos de corrente devem ter sido feitas. Isso pode ser conseguido aumentando mais a profundidade, usando conjuntos de hastes nos espaçamentos maiores ou molhando o solo próximo a eles com água salgada (sem molhar o solo próximo dos de potencial). Garanta que a corrente de injeção seja de 5 mA ou mais e a tensão do sinal medido de 1 mV ou mais, se possível. Cada vez que o espaçamento dos eletrodos de potencial for aumentado, repita a medição anterior, ou seja, coloque os eletrodos de corrente à mesma distância dos de potencial da medição anterior, para validação.

Método de Wenner (eletrodos C1 e C2 fixos) unilateral

As medições devem ser feitas com base no método de 4 pontos de Wenner modificado, levando em conta as recomendações descritas neste documento. O método de teste escolhido aqui dá maior peso aos potenciais transferidos do eletrodo C1 para locais testados na área futura e também evita a necessidade de mover o eletrodo de teste C2.

O eletrodo C1 deve ser instalado no centro da futura subestação de 260 kV em teste (existem duas subestações desse tipo). O eletrodo C2 deve ser instalado a 4 km de distância (os locais são especificados abaixo). Os eletrodos C1 e C2 devem ser instalados de forma a terem baixa resistência de terra: desejamos um fluxo de corrente de aproximadamente 500 mA ou mais no resistivímetro quando este for conectado em série com os dois eletrodos. Comece enterrando 3 hastes a uma profundidade de 0,7 m a 1,0 m, em uma formação triangular, espaçadas cerca de 1,7 m e interligadas. Se necessário, afunde-as mais e coloque hastes extras. Despeje água salgada ao redor de cada uma delas, se parecer preciso, para alcançar uma resistência suficientemente baixa do solo. Conecte um fio do terminal "A" do resistivímetro à matriz de eletrodos C1 e outro fio do terminal "B" à matriz de eletrodos C2. Use a função apropriada (Rtest, se for o medidor SYSCAL) para verificar se a resistência total do circuito C1-C2 está na ordem de 800 ohms ou menos.

Essa configuração deve ser usada para todas as leituras nas quais o eletrodo P1 esteja a 30 m ou mais do centro da matriz C1. Quando P1 estiver a menos de 30 m de C1, este último deve ser reduzido a uma única haste, a 0,7 m ou mais de profundidade. Para espaçamentos ainda menores, a profundidade do eletrodo C1 nunca deve exceder cerca de 30% da distância entre C1 e P1. Não há necessidade de modificar a configuração de C2: ele pode permanecer igual para todos os espaçamentos.

Os eletrodos P1 e P2 são instalados entre C1 e C2, de modo que todos os eles estejam em linha reta. Conecte o eletrodo P1 ao terminal “M” do SYSCAL e o P2 ao terminal “N”. Para a primeira medição de cada linha, coloque P1 e P2 de modo que as distâncias entre os eletrodos adjacentes (isto é, C1-P1, P1-P2, P2-C2) sejam todas iguais. Esse é o arranjo padrão de Wenner. Após esse primeiro teste, apenas os dois eletrodos de potencial devem ser movidos, e sempre em direção ao C1. Os espaçamentos C1-P1 e P1-P2 são sempre iguais: se não fosse pelo eletrodo C2, que permanece imóvel, o teste seria, de fato, um verdadeiro teste de Wenner. De um espaçamento para o seguinte, as distâncias C1-P1 e P1-P2 são reduzidas em 1/3: em outras palavras, multiplique cada espaçamento por 2/3 para obter o próximo. A distância mínima requerida é de 0,3 m.

As hastes P1 e P2 (apenas uma haste ou ponta de cada) devem ser colocadas a apenas alguns centímetros no solo, de modo a alcançar uma resistência de contato razoável – se o eletrodo apresentar resistência quando puxado para fora da terra, ele está profundo o suficiente. Para espaçamentos pequenos, a profundidade dos eletrodos P1 e P2 não deve exceder 10% do espaçamento entre eles.

Para estimar a resistividade aparente, duplique o espaçamento entre C1 e P1, em vez do espaçamento simples entre C1 e P1, como faria para o método de Wenner regular, ou seja, a resistividade aparente é aproximadamente igual a “4 π a R”, onde “a” é o espaçamento C1-P1 e “R” é a resistência aparente. Se você estiver usando o SYSCAL para calcular as resistividades aparentes, insira sempre o dobro do espaçamento que você está testando. Isso será válido para a maioria dos espaçamentos e é satisfatório para verificar se os dados apresentam um comportamento inconsistente.

Todas as informações indicadas nas folhas de dados devem ser registradas para cada linha de medição, desde o espaçamento mínimo designado no formulário até o espaçamento máximo associado à linha (conforme a lista de linhas de medição necessárias para o projeto).

Em cada espaçamento, as medições devem ser feitas em dois níveis de corrente de injeção significativamente diferentes, se possível, o que pode ser conseguido variando a tensão de fonte aplicada: um fator de diferença de dois (nessa ordem) entre as duas correntes de injeção deve ser obtido. A resistividade medida deve ser a mesma para ambos os níveis atuais. Se não for, inicie a solução de problemas.

No formulário de dados de medição fornecido pela SES:

• “Source Voltage” é a tensão aplicada aos eletrodos de injeção de corrente (12 V, 50 V, 100 V, 200 V, 400 V ou 600 V) e é ajustada por um botão em alguns instrumentos; em outros, o ajuste é automático.
• “Q:***?” indica se 3 asteriscos apareceram como valor para o indicador de qualidade Q,  enquanto o medidor está injetando corrente  em C1 e C2. “Sim” ou “não” deve ser digitado nessa coluna.
• “Q%” é o valor de desvio-padrão, Q, ou indicador de qualidade informado pelo medidor.
• “Vsignal” é a tensão medida pelo resistivímetro entre os eletrodos de potencial (P1 e P2).
• “Iinject” é a corrente injetada pelo resistivímetro nos eletrodos de corrente (C1 e C2).
• “Apparent Resistivity” é a resistividade aparente do solo, calculada pelo medidor ou manualmente.

Conforme as medições são feitas, o gráfico log-log das resistividades aparentes medidas versus o espaçamento dos eletrodos deve ser feito. O resultado deve ser uma curva bem suave. As conexões dos fios e o contato das hastes com o solo devem ser verificados se mudanças abruptas forem observadas; a presença de estruturas metálicas longas enterradas também pode ser responsável por tais variações. Conforme indicado anteriormente, se os valores de corrente de teste baixa não corresponderem aos valores de corrente de teste alta, há um problema, que precisa ser investigado. Da mesma forma, se Q% for maior do que 0, a conexão e o contato da haste com o solo devem ser verificados.

Além disso, para cada linha de medição:

• Anexe um esboço mostrando a localização e o ponto de partida da linha em relação às estruturas existentes nas proximidades, incluindo as distâncias aproximadas; mostre também a linha na planta do local.
• Informe quaisquer indicações de tubos, tubulações, condutos, seções longas de concreto armado, cercas ou outras estruturas longas de metal em qualquer lugar próximo à linha.

Se for utilizado um instrumento que não filtre as tensões induzidas nos fios de medição de potencial pelos fios de injeção de corrente (isso deve ser assumido se não houver indicação em contrário), as seguintes precauções devem ser tomadas:

1. Separe os fios de injeção de corrente dos fios de medição de potencial, mantendo uma distância fixa (por exemplo, 3,04 m).
2. Para cada espaçamento, faça as medições usando outro conjunto de fios de potencial muito mais distantes dos de corrente e separados deles por uma distância fixa (por exemplo, 30,48 m).
3. A SES pode comparar esses dois conjuntos de dados para estimar as tensões induzidas, corrigindo os dados.

Interpretação

As resistividades aparentes do solo medidas em cada local podem ser plotadas junto com a curva correspondente ao solo equivalente computado pelo módulo RESAP, do software CDEGS. Cada gráfico também mostra a estratificação equivalente do solo correspondente a esses dados e indica a localização a que eles correspondem no duto. Uma boa concordância entre as duas linhas ortogonais e o ajuste da curva pode ser alcançada, para a geração de um modelo de solo com várias camadas, que servirá para a análise de interferências CA.

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1. Os métodos de 4 pontos de Wenner e de Schlumberger diferem apenas no espaçamento dos dois eletrodos internos de potencial.
2. Vale notar que somente a área próxima aos eletrodos de injeção de corrente deve ser molhada dessa forma. Isso não terá um impacto significativo nas medições, visto que a área molhada é menor que o espaçamento dos eletrodos internos.