Construcción de una malla de tierra: zanja y arado

Respuesta corta

La malla de tierra se instala con dos métodos habituales, la zanja y el arado del cable, ambos con máquinas; si no hay espacio se cava a mano. Normalmente se construye después de nivelar el patio, fundir las cimentaciones y enterrar las tuberías profundas. Cada conexión debe cuidar el material, y una excavación posterior que enganche el conductor obliga a revisar el conductor y las uniones y a instalar una tierra temporal.

Respuesta corta

La malla de tierra de una subestación se construye casi siempre con uno de dos métodos, la zanja o el arado del conductor, y con una combinación cuando conviene. Ambos usan máquinas; cuando no caben o la obra es pequeña, se cava a mano. IEEE Std 80-2013 describe la secuencia, las conexiones y los cuidados de seguridad en su cláusula 18. Lo que se construya debe coincidir con el diseño: la profundidad, el calibre y las uniones definen las tensiones de paso y de contacto que la malla producirá. El diseño que se construye sale del procedimiento de diseño de IEEE 80.

Qué decide el método

La norma enumera los factores de elección: tamaño de la malla, tipo de suelo, calibre del conductor, profundidad de enterramiento, equipos disponibles, costo de la mano de obra y restricciones físicas o de seguridad por estructuras existentes o equipos energizados cercanos. Los métodos son dos, con máquinas; la excavación manual se usa donde no se pueden mover las máquinas por falta de espacio o por el tamaño reducido del sitio.

Método de zanja

Se marcan con banderas dos lados del perímetro para fijar la separación entre conductores paralelos; esos marcadores guían a la máquina zanjadora. La secuencia, en general:

Se abren las zanjas con la máquina, normalmente por el lado que tiene más conductores paralelos, hasta la profundidad especificada, que suele ser de unos 0,5 m.
Se instalan los conductores, se hincan las varillas y se unen a los conductores. También pueden dejarse en este momento las colas para las tierras de los equipos.
Se rellenan esas zanjas iniciales hasta la ubicación de las uniones cruzadas.
Se abren las zanjas de los conductores transversales, a menudo menos profundas, con cuidado de no enganchar el conductor ya tendido en los cruces.
Se instalan los conductores transversales, las varillas restantes y las colas pendientes, se hacen las uniones en cruz entre conductores perpendiculares y se rellena.

Una alternativa es abrir todas las zanjas a la misma profundidad al mismo tiempo, por secciones pequeñas para no estorbar otras obras, o en toda la subestación.

Método de arado

Un arado angosto especial, acoplado a un tractor o a un camión de doble tracción, o tirado por un cabrestante en el borde del patio, abre el surco y mete el conductor hasta el fondo. El conductor puede tenderse en el suelo delante del arado, ir en un carrete montado en el tractor o en un trineo, o fijarse al fondo de la cuchilla y arrastrarse por el fondo del surco. En este último caso hay que evitar que el conductor suba por la tierra suelta.

Los conductores transversales se aran a una profundidad algo menor para no dañar los ya instalados. Después se destapan los cruces y los puntos de las varillas, y allí se hacen las conexiones.

Con el equipo adecuado y sin roca pesada, el método sirve para todos los calibres y profundidades de uso normal. La norma remite a IEEE Std 590 para más información.

Conexiones, colas y varillas

Con los conductores en su zanja se hacen las conexiones. Hay muchos tipos y dependen de la unión, del material y de la práctica de cada empresa. Durante la instalación:

Se evita dañar la capa exterior de cualquier material bimetálico.
Se considera la corrosión en los extremos de conductor expuestos. Extender el extremo más allá de la conexión puede mitigarla.
Las colas se dejan en los lugares adecuados para conectar estructuras y equipos; pueden tener el mismo calibre de la malla o uno distinto, según el número de tierras por equipo, la magnitud de la corriente de falla y la práctica de diseño. Quedan accesibles después del relleno.
Las varillas se hincan normalmente con un martillo hidráulico, neumático u otro dispositivo mecánico. Dos varillas se unen por el método exotérmico, por prensado o con un acople roscado o sin rosca. La unión de la varilla con el conductor admite varios métodos.

Orden de la obra

Dónde entra la malla en la secuencia de obra

Nivelación del patio. El terreno queda a su cota
Cimentaciones. Se funden las bases de los equipos y las estructuras
Tuberías y conductos profundos. Se instalan y se rellenan
Malla de tierra. Zanjas o arado, conexiones, varillas y colas; la cerca puede ir antes o después

La malla normalmente se instala después de nivelar el patio, fundir las cimentaciones e instalar y rellenar las tuberías y conductos más profundos. Si estos últimos no están antes, hay que coordinar el trabajo de zanjas de forma lógica. La cerca de seguridad puede instalarse antes o después.

Excavaciones posteriores

La capa de material superficial limpio o de grava es una ayuda de seguridad en una falla. Por eso, cuando hace falta excavar después de colocada la capa de piedra, se debe evitar mezclar el suelo de menor resistividad de la excavación con la piedra que rodea la zona.

Al excavar después hay más posibilidades de enganchar el conductor de la malla. En ese caso:

Se revisa si hay una rotura en el conductor o en las uniones.
Una rotura en el conductor o en las uniones se repara de inmediato.
Antes de repararla se instala una conexión de puesta a tierra temporal alrededor de la rotura, porque puede existir tensión entre los dos extremos del conductor.
La conexión temporal debe ser adecuada y colocarse según prácticas seguras.

Las mismas precauciones valen al ampliar una malla existente: se instalan conexiones temporales entre los conductores viejos y los nuevos antes de manipularlos para unirlos.

Lo que debe revisarse durante la obra

Que el espaciamiento y la profundidad de los conductores correspondan a los del diseño, porque determinan las tensiones de paso y de contacto.
Que las colas queden donde las pedirá cada equipo o estructura y accesibles tras el relleno.
Que ninguna zanja posterior corte o afloje un conductor ya tendido.

Qué se verifica después

Una malla construida debe medirse: impedancia, potenciales de superficie e integridad. Las pruebas están en la guía de prueba de resistencia de puesta a tierra.

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Guías relacionadas

Referencias

IEEE Std 80-2013, IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding, cláusulas 18.1 a 18.5.
IEEE Std 590 (arado de cables), citada por IEEE Std 80-2013.

Preguntas frecuentes

¿Cuándo se instala la malla de tierra durante la obra de una subestación?

Normalmente después de nivelar el patio, fundir las cimentaciones e instalar y rellenar las tuberías y los conductos subterráneos más profundos. La cerca de seguridad puede instalarse antes o después. Si las tuberías profundas no están listas, hay que coordinar las zanjas en un orden lógico.

¿Qué debe hacerse si una excavación posterior engancha el conductor de la malla?

Revisar si hay una rotura en el conductor o en las uniones y repararla de inmediato. Antes de la reparación se coloca una conexión de puesta a tierra temporal alrededor de la rotura, porque puede haber tensión entre los dos extremos del conductor. Las mismas precauciones valen al ampliar una malla existente.

¿Cuál es mejor, el método de zanja o el de arado?

Depende de factores como el tamaño de la malla, el tipo de suelo, el calibre del conductor, la profundidad, los equipos disponibles, el costo de la mano de obra y las restricciones por estructuras o equipos energizados cercanos. El arado puede ser económico y rápido con condiciones favorables y sin roca pesada; la excavación a mano se usa cuando no hay espacio para las máquinas.