instrumentacion geotecnica final
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MECÁNICA DE
SUELOS II
ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA
INTRODUCCIÓN
Uno de los objetivos básicos de la instrumentación geotécnica consiste
en medir la respuesta del terreno ante determinadas variaciones en las
condiciones de su entorno, las cuales pueden ser debidas a la
ejecución de obras o a fenómenos naturales.
Especialmente en el caso en que la instrumentación tenga como
objetivo el control del comportamiento del terreno en el entorno de una
obra, ejecutada en superficie o subterránea, tan sólo será realmente útil
si, durante la redacción del proyecto se ha incluido entre sus resultados,
la previsión de la respuesta del terreno ante las agresiones que va a
sufrir.
Lógicamente, para que un proyecto sea capaz de estimar la respuesta
del terreno, debe haber contado durante su redacción con las
herramientas de cálculo adecuadas para modelizar la situación,
alimentadas con información precisa sobre las características
geotécnicas del terreno sobre el que se va a llevar a cabo.
Una vez definido el proceso a seguir en la obra y seleccionadas las
magnitudes a controlar se establecerá el correspondiente programa de
instrumentación, en el que se indicará el tipo de instrumentación
idóneo, prestando especial atención al rango de medida, la precisión
que será capaz de proporcionar y la frecuencia con la que se deben
efectuar las lecturas de seguimiento.
En los casos donde la necesidad de instrumentar haya surgido de un
fenómeno natural, precipitaciones intensas y prolongadas, movimientos
sísmicos... es igual de importante conocer las características geológicas
y geotécnicas de la zona con problemas antes de seleccionar la
instrumentación a emplear. Sólo de este modo se conseguirá que la
instrumentación cubra los objetivos previstos.
De lo expuesto anteriormente se deduce que, dada la interrelación
existente entre la caracterización geotécnica del terreno que ha sufrido
o va a sufrir un cambio en sus condiciones de estabilidad y la
instrumentación aplicable para efectuar el seguimiento, únicamente si
en ambas actuaciones se cuenta con las técnicas adecuadas se
obtendrán resultados plenamente válidos.
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ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS DE ESTUDIO
CAPITULO I: CELDA DE PRESION Y EXTENSOMETRO O ASENTOMETRO
1.1.- CELDAS DE PRESION EN TERRENO
1.2.- EXTENSOMETROS
CAPÍTULO II: PIEZÓMETROS
CAPITULO III: INCLINÓMETRO
3.1.- COMPONENTES DEL INCLINOMETRO
3.1.1.- TUBOS INCLINOMÉTRICOS
3.1.2.- SENSOR INCLINOMÉTRIC
3.1.3.- INDICADOR DIGITAL
3.2.- COLOCACION DEL INCLINOMETRO
3.3.- MEDICIONES TOMADAS POR UN INCLINOMETRO
3.4.- ALGUNOS TIPOS DE INCLINOMETROS
CAPITULO IV: ACELERÓGRAFO Y SISMÓGRAFO
4.1.- ACELERÓGRAFO
4.1.1.- ¿PARA QUÉ SIRVE UN ACELERÓGRAFO?
4.2.- SISMÓGRAFO
4.2.1.- CALIBRACIÓN SISMÓGRAFO
CAPITULO V: TILMETER
5.1.- TILTMETER
5.1.1.- APLICACIONES
5.1.2.- OPERACIÓN
5.2.- MEMS Tiltmeter
5.2.1.- INSTALACION DEL MEMS TILMETER
5.2.2.- OPERACIÓN
5.3.- DEEP-WATER EL TILTMETER
5.3.1.- APLICACIONES
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
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CAPITULO I
CELDA DE PRESION Y EXTENSOMETRO O ASENTOMETRO
1.1.- CELDAS DE PRESION EN TERRENO
Estos instrumentos son diseñados para medir la presión total en terraplenes y terraplenes
de la tierra. Todas las células consisten en dos placas circulares del acero inoxidable
soldadas con autógena juntas alrededor de su periferia y espaciadas aparte por una
cavidad estrecha llenada de aceite saturado. La presión de tierra que cambia exprime las
dos placas juntas que causan un aumento correspondiente de la presión del líquido
dentro de la célula. El transductor de presión de cuerda vibrante convierte esta presión
en una señal eléctrica que será transmitida como frecuencia vía el cable a la localización
de la lectura.
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MEDIDORES DE CAMBIOS DE ESFUERZOS
BOREHOLE PRESSURE CELLS
La celda de presión en perforaciones (Borehole pressure cell - BPC) se utiliza para
medir cambios de tensión de la roca y se diseña para ser rellenada dentro de una
perforación. El BPC es fabricado a partir de dos placas de acero soldadas con autógena
juntas alrededor de su periferia. Estas placas estan conectadas con un indicador de
presión de acero inoxidable y/o un transductor de presión. Utilizados tambien para
medir la distribución de tensión en los revestimientos de túneles y galerías.
VW BOREHOLE STRESSMETERS (BSM)
El medidor de esfuerzos de cuerda vibrante en Perforaciones se diseña para medir
cambios de tensión en roca. Se puede instalar en perforaciones hasta 30 metros de
profundidad. Los cambios en la tensión en la roca causan un cambio relacionado en la
frecuencia resonante de la cuerda vibrante que es captado y leido por la caja lectora
especialmente diseñado para este equipo. Aplicado en Minería y en Obras Civiles.
VW BIAXIAL STRESSMETERS
El Medidor de esfuerzo Biaxial de cuerda vibrante, se diseña para medir cambios de la
tensión compresiva en roca, sal, concreto o hielo. Los sensores de cuerda vibrante
orientados a 60°, permiten que los cambios principales tensionales sean medidos en el
eje perpendicular al instrumento. Aplicado en Minería, Obras Civiles y otros.
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VW SOFT INCLUSION STRESS CELL – SISC
El SISC de cuerda vibrante, es una versión más amplia que el medidor de esfuerzo de
cuerda vibrante (BSM). Es recomendado utilizarlo en los agujeros de
overcoring(mediciones de esfuerzo in situ) como un post monitoreo o control. Es fijado
en una perforación diamantina, usando un mecanismo integral de tornillo o un pistón
hidráulico y es usado para medir los cambios de tensión y compresión de esfuerzos en
roca.
1.2.- EXTENSOMETROS
1.2.1.- EXTENSOMETRO DE CINTA MANUAL Y DIGITAL
Los extensómetros de cinta manual y digital, estan diseñados para medir pequeños
cambios de distancia en las paredes o techos opuestos de las excavaciones, túneles u
operaciones mineras. Puede también ser utilizado para supervisar la deformación en
estructuras, para apoyar y para medir los movimientos de cuestas inestables. La lectura
se proporciona a traves de los reloj indicadores, manual. El uso principal incluye
monitorear deformaciones en Minería y en obras Civiles y para el monitoreo de
deformaciones de deslizamientos de tierra.
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MANUAL DIGITAL
1.2.2.- EXTENSOMETRO DE VARILLA
Este equipo es usualmente instalado en Perforaciones, y es utilizado para medir
deformaciones axiales (compresión y tracción) a lo largo de esta perforación. Consisten
en unas varillas corredizas o alambres tensados, anclados en determinados puntos del
barreno. Sus usos principales incluyen monitorear deformaciones en Minería y en obras
Civiles y para el monitoreo de deformaciones de deslizamientos de tierra activos o
potencialmente activos, además de ser un método muy eficaz en el monitoreo de obras
duraderas.
APLICACIONES
ESTUDIOS Y PROYECTOS EN MINERÍA A TAJO ABIERTO
1. Caracterización geomecánica de la masa rocosa.
2. Análisis de estabilidad de taludes en rocas y suelos.
3. Modelamientos numéricos y analíticos.
4. Estudios de voladura.
5. Análisis inverso de colapsos.
6. Análisis de estabilidad de botaderos de lastre.
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7. Análisis de estabilidad de pilas de lixiviación.
8. Diseño de sistemas de instrumentación y monitoreo.
ESTUDIOS Y PROYECTOS EN TRABAJOS SUBTERRANEOS
1. Caracterización geomecánica
2. Selección y diseño de métodos de Explotación en Minería.
3. Estudios de estabilidad de excavaciones subterráneas
4. Diseño de sistemas de sostenimiento y soporte
5. Diseño de sistemas de instrumentación y monitoreo
6. Estudios de ingeniería conceptual y básica para proyectos mineros
7. Preparación de especificaciones técnicas.
8. Estudios de perforación y voladura para minados masivos en Minería.
9. Estudios microtectónicos de dirección de esfuerzos, en Minería profunda.
10. Análisis y evaluación de problemas de Estallido de Rocas en Minería profunda
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CAPITULO II
PIEZÓMETROS
Los piezómetros están diseñados principalmente para medir la presión del agua intersticial durante el llenado o excavación. Ellos son de gran valor en las investigaciones de estabilidad de taludes y para evaluar la estabilidad de las presas relleno de tierra y terraplenes. Piezómetros deben estar construidos para soportar las condiciones del lugar más exigentes y puede ser personalizado para adaptarse a su uso. 2.1.- APLICACIONES Las aplicaciones típicas de piezómetros son:
Monitoreo de presión de poros para determinar las tasas de seguro de relleno
o excavación.
Monitoreo de presión de poros para evaluar la estabilidad de taludes.
Los sistemas de seguimiento de desagüe utilizados para las excavaciones.
Monitoreo de sistemas de mejora del suelo, tales como drenajes verticales y
drenajes de arena.
Las presiones de poro de seguimiento para comprobar el funcionamiento de las
represas earthfill y terraplenes.
Las presiones de poro de seguimiento para comprobar los sistemas de
contención en rellenos sanitarios y tranques de relaves
TIPOS DE PIEZÓMETROS
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PIEZOMETROS TIPO CASAGRANDE
El piezómetro del tipo Casagrande mide presiones de poros del agua y los niveles del agua de una manera simple y rentable. Es un piezómetro de tubo abierto en el cual el nivel de agua es medido directamente desde la superficie con un indicador de profundidad. Aplicado en el monitoreo de aguas en Diques, pozos de alimentación, terraplenes, relaveras, etc.
2.2.- VENTAJAS: Simple, confiable, no eléctricos, no hay componentes calibrados. LIMITACIONES:
Water Level Indicator
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La precisión depende de la habilidad del operador, la lectura requiere de un hombre en el lugar, la lectura remota no es posible; lento para mostrar los cambios en la presión del agua intersticial. APLICACIONES Piezómetros de Casagrande se utilizan para controlar los niveles piezométricos del agua. Lecturas del nivel del agua se obtiene habitualmente con un indicador de nivel de agua. Las aplicaciones típicas incluyen: • Monitoreo de la presión de poros para determinar la estabilidad de taludes, terraplenes y diques de relleno sanitario. • Monitoreo de las técnicas de mejora del suelo, tales como drenes verticales, drenes de arena, y la compactación dinámica. • Monitoreo de sistemas de drenaje de excavaciones y aberturas subterráneas. • Monitoreo de filtración y circulación de agua subterránea en terraplenes, diques vertedero, y las presas. • Monitoreo del agua reducción durante las pruebas de bombeo. INSTALACIÓN El piezómetro vertical, que se instala en una perforación, se compone de una punta del filtro unido a un tubo de elevación. La punta del filtro se coloca en una zona de arena y un sello de bentonita se coloca encima de la arena para aislar la presión de poros en la punta. El espacio anular entre el tubo de elevación y el pozo se llene nuevamente a la superficie con una lechada de bentonita para evitar la migración no deseada vertical del agua. El tubo de elevación se termina sobre el nivel del suelo con una tapa perforada.
OPERACIÓN
Los niveles de agua ya sea en el piezómetro vertical u observación del pozo se miden con un indicador de nivel de agua. El consta de una sonda, un cable o cinta graduada y un carrete de cable con electrónica incorporada. La sonda se baja por el tubo vertical hasta que haga contacto con el agua. Esto es señalado por una luz y un zumbador integrado en el carrete de cable. La lectura de profundidad-agua se toma del cable o cinta.
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Piezómetro Casagrande RST
ESPECIFICACIONES:
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PIEZÓMETROS DE CUERDA VIBRANTE Piezómetros de cuerda vibrante permiten la medición de la presión de poros en las condiciones más adversas. El piezómetro cuerda vibrante es el piezómetro más desplegado y es adecuado para casi todas las aplicaciones. Se trata de un transductor de presión del alambre y cable de señal de vibración. Puede ser instalado en un pozo, incrustado en el relleno o en suspensión en un tubo vertical. Las lecturas se obtienen con un lector portátil o un registrador de datos.
VENTAJAS:
Fácil de leer, muy precisa; buen tiempo de respuesta en todos los suelos, fácil de automatizar, fiable lecturas a distancia.
LIMITACIONES:
Debe ser protegido contra transitorios eléctricos.
APLICACIONES Las aplicaciones típicas para el piezómetro VW son:
• Monitoreo de presión de poros para determinar las tasas de seguro de relleno o excavación. • Monitoreo de presión de poros para determinar la estabilidad de taludes. • Evaluación de los efectos de la deshidratación de los sistemas utilizados para las excavaciones. • El seguimiento de los efectos de los sistemas de mejora del suelo, tales como drenajes verticales y drenajes de arena. • Las presiones de poro de seguimiento para comprobar el funcionamiento de las represas relleno de tierra y terraplenes. • Las presiones de poro de seguimiento para comprobar los sistemas de contención en los vertederos y las presas de relaves.
OPERACIÓN
El piezómetro VW convierte la presión del agua a una señal de frecuencia a través de un diafragma, un cable de acero tensado, y una bobina electromagnética. El piezómetro está diseñado para que un cambio en la presión sobre el diafragma produce un cambio en la tensión del cable. Cuando es excitado por la bobina electromagnética, el cable vibra a su frecuencia natural.
La vibración del alambre en la proximidad de la bobina genera una señal de frecuencia que se transmite al dispositivo de la lectura. El dispositivo de lectura de los procesos de
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la señal, se aplica los factores de calibración, y muestra una lectura de la unidad de ingenieros necesaria.
Veamos algunos modelos:
VENTAJAS DE PIEZÓMETROS DE CUERDA VIBRANTE Alta Resolución: piezómetros VW ofrecen una resolución de 0,025% de la escala completa. Alta Precisión: automatizado indicadores de pendiente, el sistema de calibración de precisión asegura que todos los piezómetros VW alcanzan o exceden las
Dispositivo de lectura
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especificaciones de precisión. Respuesta Rápida: piezómetros VW ofrecer una respuesta rápida a los cambios en la presión del agua intersticial, si son inyectados en, empujado en suelos cohesivos, o incrustado en una zona de filtro de arena. Fiable de transmisión de señal: Con cable blindado, las señales del piezómetro VW puede ser transmitida a larga distancia. Medición de temperatura: Todos los piezómetros VW están equipados con un sensor de temperatura.
Piezómetros de cuerda vibrante RST
Especificaciones:
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PIEZÓMETRO DE CUERDA VIBRANTE DE VARIOS NIVELES
El sistema de VW piezómetro de varios niveles se utiliza para controlar la presión de poro de agua en varias zonas en un pozo. Consiste en una serie de piezómetros de VW en cajas especiales, cable de señal, un accesorio de la lechada, y el usuario suministra algunos componentes (principalmente tubos de PVC). El sistema es cementado en un pozo. Las lecturas se obtienen con un lector portátil o un registrador de datos. VENTAJAS Resuelve o evita la mayor parte de los problemas con las tradicionales instalaciones piezómetro de varios niveles. LIMITACIONES Igual que piezómetros VW.
PIEZÓMETRO DE CUERDA VIBRANTE VENTILADO CON TRANSDUCTORES DE PRESIÓN El piezómetro cuerda vibrante se compone de un transductor de presión del alambre vibrante, un cable de señal de ventilación, y una cámara de desecante. Está diseñado para monitorizar los niveles de agua en los pozos, calmar las cuencas, y wiers. Las lecturas se obtienen con un lector portátil o un registrador de datos. VENTAJAS: Fácil de leer, precisa, y se puede conectar a los madereros de datos. No requiere de compensación de presión barométrica.
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LIMITACIONES: El ruido eléctrico de una bomba en el pozo mismo puede interferir con la operación.
PIEZÓMETROS NEUMÁTICOS El piezómetro neumático funciona por la presión de gas. Se trata de un transductor de presión de neumáticos y tubos neumáticos. Puede ser instalado en un pozo, incrustados en el relleno o en suspensión en un tubo vertical. Las lecturas se obtienen con un indicador de neumático. VENTAJAS: La lectura confiable, a distancia posible, no eléctrica, el indicador se puede calibrar en cualquier momento. LIMITACIONES: La precisión depende de la habilidad del operador, difícil y costoso para automatizar, por lo que la lectura requiere que el hombre en el lugar, aumenta el tiempo de lectura con la longitud de la tubería, tubos de neumáticos puede ser bloqueada por la condensación, si no con frecuencia cargado con gas nitrógeno seco.
Marca: DGSI
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TABLA COMPARATIVA:
Casagrande Pneumatic Vibrating
Wire
Response Slow Fast Fast
Accuracy High Medium High
Repeatable Readings Need
Technique
Need
Patience Easy
Obtain Readings
Remotely No Yes Yes
Connect to Data
Logger No No Yes
Potential for Lighting
Damage No No Yes
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CAPITULO III
INCLINÓMETROS
Cuando se presentan signos de inestabilidad en un talud (grietas o
roturas en la parte superior, abultamiento y levantamiento en la zona de
pie, etc.) o cuando se precisa controlar el comportamiento de un talud
frente a la estabilidad, se recurre a la instrumentación o auscultación
del talud y su entorno, a fin de obtener información sobre el
comportamiento del mismo y las características del movimiento;
velocidad, pautas en los desplazamientos, situación de las superficies de
rotura, presiones de agua, etc.
El control de la velocidad del movimiento permite conocer el modelo
de comportamiento, y tomar decisiones referentes a su estabilización;
en ocasiones se puede predecir aproximadamente cuando tendrá
lugar la rotura, en base al registro de la curva desplazamiento-tiempo y
su extrapolación en el tiempo.
Estos trabajos, suelen limitarse a casos en los que la inestabilidad puede
afectar a infraestructura o edificaciones.
Los inclinómetros constituyen uno de los principales métodos de
investigación de los deslizamientos y, en general, de control de
movimientos transversales a un sondeo. Consisten en la medida de
inclinaciones en diversos puntos del interior de un sondeo mediante una
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sonda que transmite una señal eléctrica proporcional a la inclinación.
Las diferencias entre las medidas realizadas en diversos puntos y los
tiempos en que se toman las medidas, permiten conocer y cuantificar
los movimientos transversales al sondeo. Los equipos para el monitoreo
inclinométrico están conformados por tuberías inclinométricas sensor o
sonda inclinométrica, cable eléctrico de control inclinométrico, unidad
lectora o indicador digital portátil.
Figura 1. Inclinometro tipo SGT y tipo Ofiteco.
3.1.- COMPONENTES DEL INCLINOMETRO
3.1.1.- TUBOS INCLINOMÉTRICOS
Los tubos inclinométricos son tuberías especialmente ranuradas para ser
usadas en instalaciones inclinométricas, proporcionan acceso al sensor
inclinométrico permitiendo tomar lecturas de desplazamiento del suelo.
Las ranuras dentro de la tubería controlan la orientación del sensor y
proporcionan una superficie desde la cual se pueden obtener futuras
mediciones del desplazamiento del suelo. La tubería es diseñada para
deformarse con el movimiento del suelo adyacente al tubo o con la
Estructura. La vida útil del tubo termina cuando el continuo movimiento
del suelo perfora o corta el tubo impidiendo de esta manera el pase del
sensor.
3.1.2.- SENSOR INCLINOMÉTRIC
Es un dispositivo o instrumento adaptado para poder medir las
variaciones de la inclinación del tubo inclinométrico. El movimiento del
sensor se indica por medio de una señal eléctrica proporcional al seno
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del ángulo de inclinación de la tubería a partir de un eje vertical central.
Un dispositivo eléctrico denominado servo-acelerómetro (cuenta con
dos) indica las variaciones de las inclinaciones de la tubería en toda su
profundidad y/o principalmente en los planos de deslizamiento activo.
3.1.3.- INDICADOR DIGITAL
El indicador digital es un instrumento portátil que contiene una batería
recargable de 6 voltios de suministro de energía, controles eléctricos y
una pantalla mostrador de lecturas digital. La precisión para un forro
Inclinométrico vertical (±3°) instalado es ± 6 mm cada 30 m, o mejor que
ello. Se cuenta con un accesorio para recargar la batería; cuando está
totalmente cargada puede llegar a 8 horas de autonomía. Las lecturas
almacenadas son transferidas a una PC utilizando un programa de
cómputo con el cual no solo se transfiere los datos si no que también se
pueden manipular para hacer gráficos y reportes.
Figura 2,3. Equipos usados en mediciones de inclinometria
3.2.- COLOCACION DEL INCLINOMETRO
Se hace un sondeo normal y luego se coloca la tubería inclinométrica.
tubería pude ser de aluminio o de plastico (vienen en tramos de 1, 2 ó 3
m) y se coloca en toda la longitud del sondeo para que quede bien fija.
Se sujeta por medio de mortero o lechada vertida en la cavidad anular
(entre el sondeo y la tubería). Una vez tengas montado todo el tubo (y
tiene que medir unos 0.50 m más que la perforación), los diámetros son
estandar (creo que hay dos diámetros comerciales) y los torpedos
(sensor inclinométricas) se adaptan a cualquiera de ellos (llevan unos
muelles en las patas donde ván fijadas las ruedas). La tubería tiene 4
acanaladuras longitudinales a 90º por donde baja el sensor. Estas se
orientan a gusto del consumidor, habitualmente paralelas y
perpendiculares a la línea de máxima pendiente, línea de rotura o de
movimiento de la ladera o a donde te interese, pero se recomienda
que se haga coincidir uno de los ejes con la dirección del movimiento
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del talud. Es importante que te den la orientación de las mismas, para
luego saber en que dirección se produce el movimiento. Para hacer las
lecturas se va en sentido ascedente y registrando lecturas cada x
distancia. Luego, se repite el proceso girando el sensor 90º
(Normalmente los inclinómetros son ya todos biaxiales, con lo cual no
hace falta medir en el otro eje.) y ya tienes componentes de
desplazamiento en X e Y. La primera medida se denomina medida cero
y es con la que se comparan el resto de lecturas.
Cuida mucho que la instalación del tubo se haga bien para evitar
errores de lectura y la lectura inicial al dia siguiente de montar el tubo,
no más tarde.
Figura 4. Sondeo debajo de la
falla del talud.
Figura 5. Instalación del tubo
inclinometrico.
Figura 6. Instalación del tubo
inclinometrico.
Figura 7. Inclinometro instalado en el
terreno.
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Figura 8. Fijación del tubo
inclinometrico con lechada para
una mejor estabilidad.
Figura 9. Inclinometro instalado y
listo para la recolección de datos.
MONITOREO BASADO EN INCLINÓMETROS
El inclinómetro es usado para monitorear movimientos laterales, el
inclinómetro puede observar el comportamiento en la profundidad del
terreno. El inclinómetro nos puede informar la presencia de una
superficie de falla.
Los inclinómetros deben alcanzar la zona estable situada
debajo del plano de rotura más profundo. Estos aparatos constan
de un torpedo que baja por una tubería especial previamente
instalada en el interior del sondeo. El torpedo permite medir ( por
ejemplo, cada 50 cm) el ángulo que forma la tubería, lo que
multiplicado por la distancia medida permite ir conociendo los
desplazamientos horizontales a lo largo del sondeo, integrando las
lecturas de debajo de arriba. Al atravesar la zona de rotura, ésta
suele quedar definida por cambios en los desplazamientos
horizontales, lo que permite realizar el análisis a posterior
correspondiente; si los desplazamientos son importantes, el tubo
puede quedar cortado e impedir las medidas.
inclinómetros miden la desviación (inclinación) del sondeo
en dos direcciones a ángulos rectos, proporcionando curvas de
desplazamientos cuya inflexión denota la situación de los planos.
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Figura 10. Sondeo en el talud hasta alcanzar terreno estable.
Los desplazamientos se calculan a partir de un punto fijo
situiado en la parte inferior de la tubería.
Figura 11. Método usado para el calculo de los desplazamientos.
3.3.- MEDICIONES TOMADAS POR UN INCLINOMETRO
La presa Pillones se han instalado en total cinco inclinómetros y se ha
empleado en la instalación tubería de diámetro igual a 70 mm (2.75”).
Los inclinómetros I-01, I-02 e I-03 han sido instalados en la Sección 1-1
(Sección Central) de la presa y tienen una profundidad de 28.00 m,
25.50 m y 17.50 m respectivamente. El inclinómetro I-04 ha sido instalado
en la Sección 2-2 en la margen izquierda aguas abajo de la presa y
tiene una profundidad de 21.00 m. El inclinómetro I-05 ha sido instalado
en la Sección 3-3 en la margen derecha aguas abajo de la presa y
tiene una profundidad de 21.00 m. Los resultados obtenidos en las
mediciones son lecturas de los ejes A0-A180 y B0-B180 con las
correspondientes desviaciones, desplazamientos y desplazamientos
acumulados medidos cada medio metro en toda la longitud del tubo
inclinométrico. De la evaluación de estos resultados se obtienen los
gráficos de los desplazamientos acumulados en milímetros en toda la
longitud del tubo inclinométrico medidos cada medio metro,
comparados con una medición inicial, y el gráfico del desplazamiento
acumulado en planta de todos los inclinómetros instalados. Así mismo se
puede obtener la velocidad del movimiento en cada uno de los ejes
del inclinómetro.
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Figura 12. Gráfico de desplazamientos acumulados obtenido de
medición inclinométrica
Figura 13. Gráfico de desplazamiento vs tiempo obtenido de medición
inclinométrica
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3.4.- ALGUNOS TIPOS DE INCLINOMETROS
INCLINÓMETROS DE SONDEO ( DIS 500)
El inclinómetro DIS-500 permite localizar la profundidad y medir el
desplazamiento lateral y la deformación de la tierra, rocas y retención
de estructuras permite determinar:
- Estabilidad de inclinaciones naturales o artificiales.
- Estabilidad de diques y terraplenes.
- Deformación de capas y diagrama de muros.
- Deformaciones debidas a excavaciones.
- Movimiento de pilares en puentes.
- Deflección por carga lateral en pilares.
LITTLE DIPPER.
Es usado para medir desplazamiento lateral en la tierra, rocas y
estructuras. Permite determinar:
- Estabilidad en cuestas.
- Actuación en diques y terraplenes.
- Deformación de capas y diagrama de muros.
- Deformaciones debidas a excavaciones.
- Deflección por carga lateral en pilares.
El LITTLE DIPPER es la alternativa a los inclinómetros portátiles para
supervisar instalaciones en lugares difíciles, y cuando se necesita la
adquisición de datos en tiempo real o se requiere un sistema de alarma.
Figura 14. Inclinometro de sondeo
(DIS 500)
Figura 15. Inclinometro LITTLE
DIPPER.
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CAPÍTULO IV
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ACELERÓGRAFO Y SISMÓGRAFO
4.1.- ACELERÓGRAFO
Las aceleraciones del suelo durante un terremoto pueden registrarse por
medio de un aparato llamado acelerógrafo. Este consiste en una masa
conectada con un resorte muy flexible a la base del aparato. La masa
posee una pluma que registra sobre una cinta los movimientos relativos
masa-base. El gráfico obtenido se denomina acelerograma y su eje
horizontal representa el tiempo mientras que el eje vertical representa
las aceleraciones del suelo.
La respuesta de una estructura frente a un sismo determinado
dependerá de las características dinámicas de la misma. Estas son
básicamente sus frecuencias propias de vibración y su
amortiguamiento. Para comprender mejor esto puede analizarse un
sistema con un grado de libertad. Este oscilador simple puede
representarse como una masa unida a la base a través de un resorte y
un amortiguador.
Las propiedades del oscilador son su masa m, su rigidez elástica k y su
constante de amortiguamiento c (que en este caso se considera de
tipo viscoso).Si este oscilador se somete a un acelerograma el valor
máximo de aceleración (o de velocidad, o de desplazamiento) que
sufrirá la masa depende de su frecuencia y de su amortiguamiento.
Variando estas características del oscilador, varía la respuesta. Si se
grafica el valor máximo de la respuesta obtenida, en función de la
frecuencia del oscilador, se obtiene lo que se denomina espectro de
respuestas. Las ordenadas del espectro de respuesta pueden ser
aceleraciones, velocidades o desplazamientos de la masa. Las abscisas
serán frecuencias, o bien su inversa: períodos. La respuesta de una
construcción, puede estimarse a partir de espectros simples.
. Para ello se considera que cada modo natural de vibración de la
estructura se comporta como un oscilador simple, con su frecuencia
propia. Combinando las respuestas de cada modo, puede estimarse la
respuesta global. Este es uno de los procedimientos que se utilizan para
evaluar la respuesta sísmica estructural y se lo denomina análisis modal
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espectral. Otros tipos de análisis se basan en utilizar directamente el
acelerograma en vez del espectro de respuestas.
Con la historia de aceleraciones de la base (que representa el
acelerograma), se calcula paso a paso la respuesta de la estructura.
Este procedimiento denominado análisis paso a paso es más general
que el anterior permitiendo el estudio de respuestas no-lineales.
Finalmente hay procedimientos prácticos simplificados que se utilizan
para el cálculo, utilizando el sistema de fuerza estática equivalente a la
acción sísmica, tal es el caso del Método Estático, aplicable a los
edificios corrientes.
4.1.1.- ¿PARA QUÉ SIRVE UN ACELERÓGRAFO?
Un acelerógrafo no es lo mismo que un sismógrafo. El acelerógrafo
registra la aceleración del suelo durante un terremoto. Estos aparatos
son utilizados en análisis de movimiento fuerte (grandes sismos) ya que
han sido diseñados para resistir tales sacudidas. La red de instrumentos
del Laboratorio de Ingeniería Sísmica se compone únicamente de
acelerógrafos.
Estos instrumentos permiten, entre otros:
1. Estimar el valor máximo de aceleración del suelo durante un
terremoto. Este valor se usa para diseñar estructuras sismo-
resistentes.
2. Calcular la duración de movimiento fuerte en el sitio donde
se ubica. Por lo general, la duración aumenta conforme
aumenta la distancia desde el epicentro.
3. Crear mapas de intensidad instrumental que reflejan los sitios
donde la sacudida es más fuerte o más débil.
4. Calcular la respuesta del suelo de manera que se pueda
planificar la construcción de estructuras seguras en el futuro.
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5. Calcular espectros de diseño y respuesta que
eventualmente pueden ser utilizados por el Código Sísmico
para regular el tipo de construcción en diferentes zonas
sísmicas del Perú.
Fotografía de un acelerógrafo modelo SMA-1 usado en el pasado.
El LIS utilizó originalmente instrumentos tipo SMA-1. Estos aparatos
funcionaban a base de película fotográfica. Cuando ocurría un sismo,
un pequeño rayo de luz velaba esta película creando el registro del
paso de las ondas sísmicas. La película era posteriormente procesada
en el laboratorio para su revelado, digitalización y análisis por
computadora.
En la actualidad se utilizan modernos equipos de tipo digital que son
prácticamente computadoras diseñadas para registrar sismos fuertes.
La información se almacena en el disco duro de estos aparatos y puede
ser rápidamente extraída por medios electrónicos como una llave USB.
La característica más importante del equipo nuevo es que también
envía los datos por Internet con lo que, ante la ocurrencia de un
terremoto fuerte y en caso de que las comunicaciones no se vean
severamente interrumpidas, la información estaría disponible para su
análisis de inmediato.
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Fotografía de un acelerógrafo digital y centro de recepción de datos
vía Internet
La red de acelerógrafos se encuentra distribuída por todo el país. Los
sitios donde estos se hallan son las principales ciudades del país, porque
el objetivo fundamental de la red es monitorear el impacto del
movimiento del suelo en zonas densamente pobladas.
4.2.-SISMÓGRAFO
Instrumento para medir las velocidades de ondas generadas por las
voladuras que afectan los hastiales remanentes en las excavaciones
subterraneas. Es decir nos sirve para poder cosiderar los efectos de estas
vibraciones dentro de nuestro diseño y así reducir el costo en
sostenimiento, en voladura, optimizar la voladura y aumentar la
seguridad.
4.2.1.- CALIBRACIÓN SISMÓGRAFO
La calibración es el fin de determinar mediante medición o
comparación con un estándar, el valor correcto para cada lectura de
la. El Como contratista consultor o explosión, que evaluar el riesgo de
todos los días. But, have you considered the importance of, and the risks
associated with the calibration of your seismograph and the accuracy
that is provided? Pero, ¿ha considerado la importancia de, y los riesgos
asociados con la calibración de su sismógrafo y la precisión que se
proporciona? Can your calibration provider back you up in times of
trouble and provide documented evidence that the equipment was
functioning within specification? ¿Puede su proveedor de calibración de
nuevo que en tiempos de problemas y proporcionar pruebas
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documentadas de que el equipo estaba funcionando dentro de las
especificaciones? Can their calibration procedures withstand
independent scrutiny and be shown to be traceable to a National
Standards for accuracy of measurement? Sus procedimientos de
calibración puede soportar un control independiente y demostrar que
es atribuible a una Estándares Nacionales para la exactitud de la
medición? These are important documents that in court provide
tremendous support that Blasting and monitoring activities are
conducted professionally and competently. Estos son documentos
importantes que en la corte que proporcionan un gran apoyo de
voladura y las actividades de vigilancia se llevan a cabo con
profesionalidad y competencia.
Aplicaciones de sismografos
• Explosión de vigilancia para el cumplimiento
• Seguimiento cerca del campo de explosión
• Seguimiento lejos de campo explosión
• Vigilancia de explosión submarina
• Demolición, seguimiento de la actividad
• Construcción, seguimiento de la actividad
• supervisión de transporte pesado
• Control dinámico de compactación
• Túnel y el seguimiento del metro
• Estructurales, seguimiento y análisis
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CAPÍTULO V
TILMETERS
5.1.- TILTMETER
Dispositivo de alta resolución para el seguimiento cambios en la
inclinación de una estructura.
5.1.1.- APLICACIONES
•Control de la rotación de retención
muros. pilares y pilas.
•Seguimiento del comportamiento de las estructuras
bajo carga.
5.1.2.- OPERACIÓN
El inclinómetro consiste en una sensor de inclinación electrolítico se
encuentra en un caja compacta y resistente a la intemperie.
El sensor de inclinación es de precisión, que se detecta eléctricamente.
El circuito de puente
genera un voltaje proporcional a la
la inclinación del sensor.
El soporte inclinómetro se fija a la
estructura con una sola ancla. A continuación, el inclinómetro se
atornilla a al soporte. Después de que el cable está conectado a la
inclinómetro, el sensor de inclinación se ajusta es a la posición de
bloqueo.
Los cambios en la inclinación se encuentran por
comparando la lectura actual a la lectura inicial. Esta operación se
puede realizar en el registrador de datos o en un hoja de cálculo.
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5.2.- MEMS Tiltmeter
5.2.1.- INSTALACION DEL MEMS TILMETER
Consideraciones
1.-Proteger de la exposición directa al sol.
2.-Proteger o blindaje del cable para evitar daños.
3. Siempre que sea posible, ubique la instalación fuera de equipo en
movimiento.
Soporte giratorio Monte (Atornillado)
1. Marque el lugar de anclaje. El soporte giratorio requiere un ancla.
2. Taladre el agujero del anclaje en la estructura profunda como para
integrar alrededor de 50 mm de
ancla. Eliminar los residuos.
3. Mezcla de epoxi lechada según las instrucciones del fabricante.
Orificio de llenado con lechada,a continuación, inserte el ancla.
4. Después de conjuntos de epoxi, colocar el soporte giratorio en el
ancla y sin apretar conectar el hardware.
5. Conecte el inclinómetro en el soporte giratorio y fije hardware.
6. Compruebe que los lados de la inclinómetro son verticales antes de
apretar el soporte para el ancla y clinómetro contra el soporte.
El inclinómetro se puede montar en diferentes superficies como se
muestra a continuación.
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Soporte articulado
fijado a una pared o
pilar con un
ancla.
Soporte giratorio fijo a un no-vertical superficie con una ancla.
Soporte articulado
fija un límite máximo
con un ancla.
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Soporte soldado
a un miembro estructural.
Soporte
montado en
piso.
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5.2.2.- OPERACIÓN
Las medidas del inclinómetro MEMS de inclinación esta en un rango de
± 10 ° de la vertical. Acondicionamiento de señal hace el inclinómetro
compatible con la mayoría registradores de datos.
El inclinómetro es fijado a la estructura
a través de una escuadra que se puede soldada al acero o atornilladas
a una anclaje instalado en hormigón o roca.
Debido a que el inclinómetro tiene una relativamente
amplia gama, el cuidado de la reducción a cero del
sensor no es necesario.
Las lecturas se obtienen con una base de datos
de registrador o un lector portátil. La
lectura inicial se utiliza como punto de partida.
Los cambios en la inclinación de la
la estructura se encuentran al comparar
lecturas de corriente a la inicial.
El inclinómetro se puede fijar a la mayoría de las estructuras a través de
un soporte de ángulo. El soporte puede ser anclado a
piedra o de hormigón y al acero soldadas.
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Un empotramiento opcional proporciona un soporte de montaje
forma de destacar inclinómetros en superficies inclinadas, como la
la cara de hormigón de una presa de enrocado.
5.3.- DEEP-WATER EL TILTMETER
5.3.1.- APLICACIONES
El clinómetro de aguas profundas, dispositivo de alta resolución para
vigilar los cambios en la inclinación de una estructura. Clasificado a
prueba de agua a presiones superiores a 3 MPa, el inclinómetro es
adecuado para aplicaciones tales como:
• Control de la rotación de retención
muros, pilares, y las pilas en un submarino
ubicación.
Operación
El inclinómetro de aguas profundas se compone de un sensor de
inclinación electrolítico encuentra en un caja compacta y resistente al
agua.
El inclinómetro la superficie de montaje
debe ser horizontal y plana. Si el inclinómetro se va a montar en un
superficie inclinada, un montaje horizontal plataforma debe ser
construida. Dos anclajes se instalan en la estructura
y el inclinómetro se sujeta a la anclajes.
Desde cable de señal será sometido
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a la misma presión que el inclinómetro,
que debe estar contenido en prueba de agua
conducto que tiene la misma presión
calificación como el inclinómetro. Las lecturas
son en voltios y se convierten en
ángulos mediante la aplicación de factores de conversión.
Los cambios en la inclinación se encuentran por
comparando la lectura actual a la
lectura inicial.
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CONCLUSIONES
Es hora de tomar conciencia de la importancia de la
instrumentación sísmica y geotécnica mediante una Red
Nacional. En el Perú, el CISMID está realizando un esfuerzo
importante para llevar a cabo este proyecto.
Es indispensable el apoyo de instituciones públicas y privadas para
formar una sólida red de observación sísmica que provea la
información libre y oportuna a la comunidad científica nacional e
internacional.
La Red Acelerográfica del CISMID, garantiza la distribución libre e
inmediata de los registros sísmicos, a través de la página web,
para que puedan ser utilizados por la comunidad científica. La Instrumentación Geotécnica ayuda a determinar y predecir la Estabilidad y
Seguridad del macizo rocoso tanto en su parte interna como superficial.
La Instrumentación Geotécnica ayuda a determinar y predecir la Estabilidad y
Seguridad del macizo rocoso tanto en su parte interna como superficial.
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BIBLIOGRAFIA:
http://www.google.com.pe/imgres?imgurl=http://usuarios.advance.co
m.ar/ingheinz/acelerogramadibujo.gif&imgrefurl=http://usuarios.advanc
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FaI=&h=210&w=400&sz=5&hl=es&start=1&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=
wmvG8gGmzBXIKM:&tbnh=65&tbnw=124&prev=/images%3Fq%3Daceler
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