Piezometros e Inclinometros
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PIEZOMETROS E INCLINOMETROS INTRODUCCIÒN: La instrumentación tiene por objeto monitorear en el tiempo, el comportamiento de un talud o un deslizamiento. La utilidad de la instrumentación de campo, radica en la posibilidad de obtener información del comportamiento del talud (con el tiempo) y medir algunos parámetros geotécnicos que controlan el mecanismo de falla. Los instrumentos más comúnmente empleados en la investigación y monitoreo de deslizamiento, son los siguientes: • Inclinómetros. Miden la deformación horizontal del suelo a profundidad. • Piezómetros. Miden el nivel de agua o la presión de poros. OBJETIVOS DE LA INSTRUMENTACIÓN Las situaciones típicas en las cuales se requiere la instrumentación, son las siguientes: •Determinación de la profundidad y forma de la superficie de falla en un deslizamiento activo. •Determinación de los movimientos laterales y verticales dentro de la masa deslizada. •Determinación de la rata o velocidad de deslizamiento y el establecimiento de mecanismos de alarma.
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Piezometros e inclinometros
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PIEZOMETROS E INCLINOMETROS
INTRODUCCIÒN:
La instrumentación tiene por objeto monitorear en el tiempo, el comportamiento de un talud o un deslizamiento. La utilidad de la instrumentación de campo, radica en la posibilidad de obtener información del comportamiento del talud (con el tiempo) y medir algunos parámetros geotécnicos que controlan el mecanismo de falla.
Los instrumentos más comúnmente empleados en la investigación y monitoreo de deslizamiento, son los siguientes:
• Inclinómetros. Miden la deformación horizontal del suelo a profundidad.
• Piezómetros. Miden el nivel de agua o la presión de poros.
OBJETIVOS DE LA INSTRUMENTACIÓN
Las situaciones típicas en las cuales se requiere la instrumentación, son las siguientes:
•Determinación de la profundidad y forma de la superficie de falla en un deslizamiento activo.
•Determinación de los movimientos laterales y verticales dentro de la masa deslizada.
•Determinación de la rata o velocidad de deslizamiento y el establecimiento de mecanismos de alarma.
•Monitoreo de la actividad de cortes o rellenos e identificación de los efectos de una determinada construcción.
•Monitoreo de los niveles de agua subterránea o presiones de poros y su correlación con la actividad del deslizamiento
•Colocación de medidores y comunicación a un sistema de alarma.
•Monitoreo y evaluación de la efectividad de los diferentes sistemas de estabilización o control.
PIEZÓMETROS
Los piezómetros son instrumentos empleados para monitorear los niveles
piezométricos de agua, necesarios en los controles de colocación del material
de relleno, la predicción de la estabilidad de los taludes, el monitoreo de la
infiltración y la verificación de modelos de flujo. Es decir, se utilizan para medir
la presión de poros o nivel del agua en perforaciones, terraplenes, cañerías,
estanques a presión. La aplicación geotécnica más común es para determinar
la presión de agua en el terreno o el nivel de agua en perforaciones. El tipo de
piezómetro a seleccionar para cada estudio específico depende de las
características de funcionamiento del piezómetro y de su precisión.
I. TIPOS:
PIEZÓMETROS DE CUERDA VIBRANTE Y PIEZÓMETROS MULTIPUNTO
1. Piezómetros de cuerda vibrante
- Ventajas y limitaciones
Ventajas, se incluyen su facilidad de lectura y mantenimiento, corto tiempo
de respuesta en la lectura y la aptitud para suministrar presiones negativas.
El único mantenimiento requerido es el cuidadoso mantenimiento de las
unidades de lectura y las baterías.
Las limitaciones: inhabilidad para desairar las puntas de los
piezómetros. En aplicaciones donde son importantes pequeños cambios de
la presión de poros, es necesario hacer correcciones por cambios en la
presión barométrica y por temperatura, aunque no es generalmente un
problema en la mayoría de las presas. Se requiere algún entrenamiento
especial del personal para calibrar y ensayar el equipo antes de instalarlo.
Aunque no se tiene una amplia experiencia con estos equipos parecen ser
rígidos y durables. La facilidad con que se pueden automatizar puede llegar
a ser una ventaja importante en el futuro.
Piezómetro de cuerda vibrante
Los piezómetros de cuerda vibrante (PCV) son
transductores de presión que funcionan utilizando la
frecuencia de vibración de un alambre conectado a un
diafragma metálico flexible. La longitud del alambre varía
con los cambios de presión y con ello su frecuencia de
vibración, lo que puede correlacionarse con una presión de
poro específica.
Los piezómetros de cuerda vibrante permiten la medida de
la presión de poro del agua. Este es un parámetro crítico en la resistencia
de los suelos para el diseño de terraplenes y otras estructuras. Al mismo
tiempo, su tasa de disipación respecto al tiempo permite efectuar un control
sobre el grado de consolidación del terreno.
Características:
Rango (MPa) 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 1.5, 2.0, 3.5, 5.0, 10.0, específico
Exactitud ± 0.25 % F.E. normal / ± 0.1 % F.E. opcional
No linealidad ± 0.5 % F.E.
Sobrerrango límite 150 % del rango
Límite de temperatura -20 hasta 80°C
Termistor YSI 44005 o equivalente
Dimensiones (Ø x L) 42 x 185 mm
Piezómetro pequeño de cuerda vibrante
Es un piezómetro de cuerda vibrante de pequeño
tamaño diseñado específicamente para medir la presión
de agua de los poros en sondeos y pozos de pequeño
diámetro. Se fabrica con acero inoxidable e incorpora
un termistor para medir la temperatura, así como un
receptor de sobrecarga contra descargas eléctricas.
Características:
Rango (MPa) 0.35, 0.7, 1.0, 2.0
Exactitud ± 0.2 % F.E. normal / ± 0.1 % F.E. opcional
No linealidad ± 0.5 % F.E.
Sobrerrango límite 150 % del rango
Límite de temperatura -20 hasta 80°C
Termistor YSI 44005 o equivalente
Dimensiones (Ø x L) 19 x 100 mm
Cable CS-0702 1m long; especifica
Piezómetro de cuerda vibrante para introducción por hincado
Es un piezómetro de cuerda vibrante para introducción
por hincado, diseñado para medir la presión de agua de
los poros en suelos o arcillas blandas y en rellenos.
Tiene un cono puntiagudo en uno de los extremos y una
varilla para perforar en el otro extremo. Una vez roscado
a la varilla de perforación, el piezómetro puede hincarse
directamente en suelos blandos. El cable unido al
piezómetro se pasa a través de la varilla. Las opciones de roscado son
conectores de varilla de perforación EW o M28.
Características:
Rango (MPa) 0.35, 0.7, 1.0, 2.0
Exactitud ± 0.2 % F.E. normal / ± 0.1 % F.E. opcional
No linealidad ± 0.5 % F.E.
Sobrerrango límite 150 % del rango
Límite de temperatura -20 hasta 80°C
Termistor YSI 44005 o equivalente
Dimensiones (Øx L) 35 x 166 mm
2. Piezómetros multipunto
Los piezómetros multipunto son una cadena transductores de presión de
alambre conectados a través de un solo cable de varios núcleos que
permiten tener hasta 8 puntos en un único sondeo. Están disponibles con
varias escalas y con filtros AEH y LAE.
PIEZOMETRO NEUMATICO
El piezómetro neumático es mecánicamente simple, resistente y de bajo costo.
Consiste en una punta porosa unida a una válvula o diafragma muy sensitivo
que es accionado por gases o fluidos y se requiere una
unidad de lectura exterior, la cual produce una presión
dentro del sistema interno del piezómetro hasta igualar la
presión en la cavidad del mismo. La precisión depende
del equipo de medición. Además evita muchos de los
problemas que se asocian con la instrumentación
eléctrica.
El piezómetro neumático evita muchos de los problemas
que se asocian con la instrumentación eléctrica. Las diferencias de elevación
entre la punta instalada y el punto de lectura no tienen relevancia directa; las
lecturas se obtienen de la presión de la punta por lo que no se requiere de más
reducciones aritméticas. El sistema es capaz de operar en inmensas longitudes
de tubo conector aunque el ciclo de lectura se vuelve más lento
progresivamente conforme la distancia aumenta.
Es posible realizar instalaciones en perforaciones tanto verticales como
horizontales. El instrumento está diseñado para operar en suelos saturados
pero registrará presiones negativas a corto plazo al colocársele un filtro de alta
entrada de aire. Sin embargo, debido a que no es fácil sacar el aire de dicha
punta, este piezómetro de tipo diafragma no es apto para medir presiones
negativas a largo plazo en suelos parcialmente saturados. El pequeño cambio
de volumen que resulta de la deflexión del diafragma durante la lectura puede
influir en las mediciones cuando se instala la punta en un material de alta
impermeabilidad.
Características
Respuesta rápida incluso en suelos de baja permeabilidad
Excelente estabilidad
Filtros de alta y baja entrada de aire disponibles
Diseño simple, confiable y preciso con más de 50 años de vida a nivel
mundial.
Cuando se utiliza en perforaciones o embebido en materiales de relleno,
el piezómetro neumático es un instrumento de bajo costo para
mediciones de control de las presiones en suelo y roca que incluyen:
Investigaciones de estabilidad de
cuestas naturales y cortadas
Control de permeabilidad, desagüe
y drenaje
Monitoreo de la elevación del agua
Monitoreo del control de
construcción y estabilidad de
túneles y trabajos subterráneos
Monitoreo de estabilidad de
cimientos, terraplenes y presas
Ventajas y limitaciones
Tienen fácil mantenimiento, un tiempo de retraso relativamente corto y el nivel
del sitio donde se hacen las lecturas es independiente del nivel de la punta del
piezómetro. El único mantenimiento requerido es la ocasional calibración de
los manómetros de los equipos de lectura y la remoción de agua de las
mangueras cuando se necesite. La única limitación significante, es que ellos
han sido usados por un tiempo relativamente corto y su durabilidad todavía
está por probarse totalmente. Requiere de cantidad significativa de tiempo
para la realización de las lecturas. Su proceso de lectura crea la necesidad de
un entrenamiento de personal considerable. Ensayos efectuados en
piezómetros neumáticos indican que se deben calibrar antes de instalarse
adheridos a las mangueras con su longitud a utilizar para determinar su
desviación desde cero.
PIEZOMETRO HIDRAULICO
Se utilizan para medir la presión de poros en terraplenes y fundaciones de las
presas. Este tipo consiste de uno o dos tubos llenos con fluido y una punta
porosa; el piezómetro se conecta a un manómetro en el punto de
observación. En el tipo de dos tubos, el segundo tubo sirve como un medio de
limpieza para remover gas o sedimento acumulado.
Ventajas y limitaciones
La principal ventaja, un tiempo de lectura menor que
con piezómetros de tubo abierto poseen capacidad
(aunque limitada) para medir presiones negativas,
menos propensos a daños durante construcción.
Las desventajas
Una significativa rata de falla, la necesidad de una
caseta terminal en la pata, dilaciones en los trabajos de
construcción durante la instalación y técnicas de
mantenimiento anual algo complicadas que requieren entrenamiento
especializado. La falta de disponibilidad de estos equipos, altos costos de
fabricación, los manómetros deben reemplazarse en promedio cada 10 años y
algunas veces es difícil de conseguir los reemplazos adecuados.
PIEZÓMETROS CASAGRANDE
Se usan para la medición de la presión del agua en terraplenes, fundaciones o
en sitios seleccionados de los contrafuertes de las presas. Pueden instalarse
en una perforación o en terraplenes durante construcción. Generalmente, se
coloca un filtro o un elemento poroso, para determinar el sitio específico de la
medición. La versión original del piezómetro de Casagrande, consiste en un
cilindro poroso de cerámica unido con un manguito de caucho que se
encuentra conectado a un tubo plástico. Los piezómetros modernos consisten
en un elemento poroso de polietileno de alta densidad unido a un tubo de PVC
o ABS. Los piezómetros Casagrande son considerados por los ingenieros,
como los más confiables.
Ventajas y limitaciones
Son simples y fáciles de interpretar. Su durabilidad y permanencia en el tiempo
es muy buena. Además son fáciles de mantener, se pueden utilizar unidades
de medida portátiles, se puede muestrear el agua freática y se pueden utilizar
para medir la permeabilidad del suelo. Entre las limitaciones se puede
mencionar que son de respuesta lenta con el tiempo y que los filtros pueden
taparse con la entrada repetida de agua; sin embargo, la limitación más
importante es que no permiten medir los niveles pico de presión durante
tormentas cuando los piezómetros se encuentran instalados en arcilla
• Piezómetro de tubo poroso (Casagrande) modelo EPP-10
El piezómetro de tubo poroso EPP-10 está formado por
un filtro poroso de carborundum o allundum
(Casagrande), tubo de PVC, los adaptadores apropiados y el tapón del
extremo.
Características:
Filtro Casagrande 37 mm diám.ext., 25 mm diám. int., 60 cm long.
Tubería 20 mm diám. ext., 1.75 mm grosor tubo, 3 m long. cada tramo.
• Piezómetro hidráulico de tubos gemelos modelo EHP-10
El piezómetro hidráulico de tubos gemelos consta de un
piezómetro de nailon y un filtro cerámico, conectado a
un sistema múltiple montado en la pared a través de
tuberías gemelas de nailon cubiertas de polietileno, de
diám. int. 4 mm, llenas de agua sin aire. La presión de
agua de los poros en el filtro se mide en cualquiera o en
los dos tubos de agua a través de un sensor de presión
de cuerda vibrante y una unidad de lectura digital. El sistema de piezómetro
hidráulico de tubos gemelos es apropiado para medir cualquier presión de agua
de los poros positiva o negativa hasta (-) 5 m.c.a.
Características del sensor:
Rango (MPa) 0.2, 0.3, 0.5, específico
Exactitud ± 0.25 % F.E. normal / ± 0.1 % F.E. opcional
Sobrerrango límite 150 % del rango
Límite de temperatura -20 hasta 80°C
Termistor YSI 44005 o equivalente
II. INSTALACIÓN
El método típico de instalación de un piezómetro es dentro de una perforación
vertical. La punta del piezómetro debe colocarse dentro de una bolsa de arena
en la zona específica donde se desea medir la presión de poros.
La longitud de esta bolsa debe ser mayor que cuatro veces el diámetro de la
perforación y preferiblemente, no mayor de 30 centímetros. Se recomienda
utilizar arena lavada con tamaño de partículas entre 0.2 y 1.2 milímetros; sin
embargo, es importante comprobar que el material cumple requisitos de filtro
para el suelo del sitio.
Generalmente, se utiliza bentonita como sello por encima de la bolsa de filtro y
si el piezómetro no se instala en el fondo del sondeo, debe colocarse un sello
de bentonita por debajo de la bolsa de filtro. La longitud del sello de bentonita
es típicamente de 30 a 50 centímetros de longitud, aunque en ocasiones, se
prefiere longitudes mayores.
La longitud restante del sondeo, generalmente, se rellena con una lechada de
cemento y bentonita. Una vez instalado el piezómetro, es muy importante
construir una caja superficial para la inspección, la cual debe tener un sistema
de seguridad tipo cerradura. Los piezómetros deben validarse realizando
ensayos de cabeza variable, midiendo y comprobando las presiones siempre
que sea posible. El éxito de un piezómetro depende, en buena parte, del
proceso de instalación.
Debe tenerse en cuenta que es muy importante desairear y saturar el elemento
poroso antes de la instalación. Igualmente, se debe tener mucho cuidado con
los sellos de impermeabilización. No es recomendable la instalación de más de
un piezómetro en un mismo sondeo.
III. LIMPIEZA DE LOS PIEZOMETROS:
Una vez finalizada la instalación de los piezómetros, incluido el tapón de
cementobentonita superficial, se procedió a su limpieza mediante la misma
técnica utilizada en los sondeos de captación, cuyo procedimiento básico fue el
siguiente:
En primer lugar se efectuó un bombeo previo mediante air-liftdel agua del
piezómetro hasta que el agua saliera lo más limpia posible
La tubería de descarga tenía una longitud aproximada del orden del 80% de la
longitud total del entubado del piezómetro, quedando la tubería de admisión de
aire aproximadamente 1 metro por encima de la de descarga.
Este dispositivo, al tener una única salida, permite medir el caudal, de tal forma
que sea posible la obtención de parámetros hidrogeológicos del macizo rocoso
a partir de las mediciones de descenso y recuperaciones en los piezómetros
más próximos.
La introducción de aire en el sondeo se realizó al principio con un caudal bajo,
para ir aumentándolo progresivamente, ya que si se inicia con una presión muy
elevada, podría incluso levantar la entubación.
Seguidamente, se procedía al desarrollo con aire comprimido durante al menos
tres horas, mediante la técnica del pozo cerrado, con adición de polifosfatos
con la siguiente frecuencia:
1.Introducción de la mezcla en el sondeo
2. 20 minutos iniciales de agitación (llave A cerrada).
3. 60 minutos reposo.
4. 20 minutos agitación (llave en igual situación a paso 2º).
5. 60 minutos reposo.
6. 20 minutos agitación (llave en igual situación a paso 2º).
La extracción se efectuó durante una hora, o como mínimo hasta que el agua
extraída saliera razonablemente clara, mediante un nuevo bombeo con air lift.
La posición de la llave A, en este caso, estaba abierta.
Durante esta última extracción se midieron caudales, al mismo tiempo que se
medían descensos en los piezómetros próximos, y, cuando era posible, se
medía además la recuperación en el piezómetro desarrollado, una vez
finalizado el bombeo.
La medición de caudales se realizó mediante el llenado de un recipiente de
volumen conocido, controlando el tiempo.
La instrumentación piezométrica se terminó en superficie con la construcción
de un dado cuadrado de hormigón en masa de 1200 mm de lado y 400 mm de
altura, en el que instalaron dos arquetas, una para el piezómetro abierto y otra
para los de cuerda vibrante, tal y como se presenta en la figura adjunta
Las arquetas para los piezómetros abiertos eran metálicas y de forma circular,
con un diametro dev 210 mm, y disponían de un tubo de desagüe en su parte
inferior y de una tapa metálica en su parte superior.
Por su parte, la arqueta o armario para los piezómetros de cuerda vibrante
(PCV) eran prefabricadas y metálicas, con una planta cuadrada de 310 mm y
una altura de 200 mm sobre el dado de cemento basal).
Estaban conectadas con el sondeo mediante un tubo para la conducción de los
cables de los correspondientes PCV y disponían de una tabla de madera de
pino con los correspondientes enchufes estancos.
IV. MANTENIMIENTO DEL PIEZOMETRO
El piezómetro se utiliza para medir la presión de poros o el nivel de agua en
perforaciones, terraplenes, cañerías y estanques a presión. La aplicación
geotécnica más común es para determinar la presión de agua en el terreno o
en el nivel de agua en perforaciones.
Entre las ventajas del sensor de cuerda vibrante se incluyen su facilidad de
lectura y mantenimiento, corto tiempo de respuesta en la lectura ya la aptitud
para suministrar presiones negativas. El único mantenimiento requerido es el
cuidadoso mantenimiento de las unidades de lectura y alimentación.
El tubo transparente que emerge del filtro le dejará saber en qué condición se
halla el filtro. Este tubo, llamado “piezómetro” indica si hay pérdida de presión
en el filtro debido a la presencia de sólidos suspendidos. Si el filtro comienza a
atascarse, el nivel del agua bajará (no habrá agua visible en el piezómetro) aún
cuando los tanques estén llenos. Será necesario limpiar el filtro.
V. ELECCIÓN DEL TIPO DE PIEZÓMETRO
Los factores a tomar en cuenta son: sensibilidad y rango de operación,
precisión, seguridad y durabilidad. Las dos primeras son función de la magnitud
de esfuerzos que se vayan a medir. La seguridad depende del tipo de suelo en
que se coloque el piezómetro, del procedimiento constructivo y desde luego del
cuidado en su operación. La durabilidad, hace referencia al tiempo durante el
cual se requiere la operación de los equipos. Otro factor que influye es el
económico, que debe tener en cuenta el costo del equipo, la calibración, la
instalación, el mantenimiento, el monitoreo y el procesamiento de la
información, así como prever la disponibilidad del equipo y del personal
capacitado para la instalación del mismo en el lugar de interés, cuando esto
último se tiene, el costo del equipo es raramente un factor dominante en la
elección del piezómetro.
Durabilidad : El tiempo
que se necesita operen adecuadamente los equipos es importante, ya
que el contacto con el agua puede provocar el deterioro de piezas
metálicas después de un tiempo; también existe la posibilidad de que los
filtros se tapen por la migración de partículas sólidas finas o que haya
crecimiento de microorganismos que alteren el funcionamiento del
sistema.
Seguridad : Si el suelo presenta una estratificación con arenas, podrían
emplearse piezómetros abiertos ubicados en dichos estratos de arena.
Cuando se tienen depósitos de suelos orgánicos, la presencia de gas
puede afectar el correcto funcionamiento de los piezómetros. Para
disminuir dicha influencia se deben utilizar piezómetros abiertos con
filtros de alta permeabilidad (por lo menos 10 veces la permeabilidad del
suelo circundante), además el tubo vertical del piezómetro debe tener un
diámetro interior suficiente (2.5cm mínimo) para que se produzca un
auto-desaireado. En suelos parcialmente saturados se recomienda
utilizar el piezómetro hidráulico de doble tubo o los piezómetros de
Esquema de un Piezómetro
Sensores de Cuerda Vibrante
diafragma, siempre que su filtro sea de baja permeabilidad según lo
antes indicado.
Sensibilidad y la precisión : Se tendrían que elegir a partir del incremento
de esfuerzos que induciría cada una de las etapas de construcción, y
desde luego del valor máximo que se necesita para producir la falla del
suelo. Otra forma de establecer la sensibilidad y la precisión del
piezómetro, es basándose en la velocidad de construcción del terraplén.
VI. DISTRIBUCIÓN DE PIEZÓMETROS:
1. Implantación Procedimiento “natural” de implantación
Encontrarse incluido y definido en el proyecto constructivo, analizado y cuantificado, tanto ‐desde el punto de vista técnico como económico.
Redactar un Plan de Auscultación específico.‐
Finalmente implantar el sistema de control‐ definido en el plan realizando transmisión de la información que ofrece la auscultación mediante “informes” periódicos.
2. Parámetros y tipología de dispositivos Parámetros básicos de control en entornos:
- Control de movimientos verticales
- En edificios y estructuras colindantes.
- En superficie.
- En profundidad.
- Control de movimientos horizontales.
- En edificios.
- En superficie.
- En profundidad.
- Control de variaciones de niveles de agua. Piezometria
- Medida directa de presiones o variaciones de nivel de agua.
-Prevención ante posibles movimientos inducidos.
- Dispositivos dirigidos al control de movimientos verticales en edificios y estructuras colindantes. Referencias de nivelación en edificios.
- Dispositivos dirigidos al control de movimientos verticales en superficie. Hitos de nivelación.
-Dispositivos dirigidos al control de movimientos verticales en profundidad. Extensómetros de varillas. Extensometría incremental.
- Dispositivos dirigidos al control de movimientos horizontales en edificios. Miniprismas.
- Dispositivos dirigidos al control de movimientos horizontales en superficie Hitos combinados. Hitos combinados.
- Dispositivos dirigidos al control de movimientos horizontales en profundidad. Inclinometría.
- Dispositivos dirigidos al control de variaciones de niveles de agua. Piezómetros cerrados y Piezómetros abiertos.
Distribucion de un piezometro
VII. INTERPRETACION DE LOS DATOS
Generalmente se emplea la medición de presión de poros en suelos para
estimar el aumento en la resistencia al corte o el asentamiento remanente en
un suelo bajo condiciones de carga conocidas. Puesto que las presiones de
poros solamente son una medida indirecta de estas características, se requiere
mucho cuidado para interpretar los resultados con precisión.
Correcciones:
Piezómetros de pozo abierto llenos con agua: el exceso de presión de poros es
la diferencia entre la altura del agua en el pozo y la altura general del nivel
freático.
Piezómetros hidráulicos de sistemas cerrados tipo Casa-grande: el exceso de
la presión de poros se determina empleando la lectura del manómetro y
agregando el diferencial de la presión del agua entre la altura del manómetro y
la altura del nivel freático circundante.
Piezómetros neumáticos y eléctricos: muchos de estos aparatos miden la
presión total del agua en un punto y por esto el exceso de presión de poros en
el suelo se determina substrayendo la diferencia entre la altura de la punta del
piezómetro y la del nivel freático circundante a partir de la lectura del
manómetro.
VIII. RESULTADOS DE LAS MEDICIONES
Con frecuencia, los piezómetros no funcionan correctamente y esto se aplica
tanto a los piezómetros de cabeza abierta como a los neumáticos y los de hilo
vibrátil.
Los principales problemas son los siguientes:
No se obtenga lectura, o sea que la perforación se encuentre seca sin
razón o que la medida sea cero.
La medida nunca cambie independientemente de las lluvias o la estación
climática.
Unas lecturas sean inconsistentes en relación con otras, en un grupo de
piezómetros.
Por esta razón, es importante revisar la posibilidad de que las lecturas no sean
confiables y corregir el problema colocando nuevos piezómetros o eliminando
la lectura de los que se encuentren funcionando en forma incorrecta; no
obstante, es común que no sea posible detectar la causa del mal
funcionamiento de los piezómetros. En los piezómetros neumáticos es muy
importante desairear los ductos para evitar errores en las lecturas.
IX. PROBLEMAS ESPECIALES
Casos de suelos orgánicos : En muchos suelos orgánicos, el gas
generado alrededor de la punta del piezómetro es suficiente para
bloquear la entrada del agua de los poros a través del filtro al dispositivo
de medida. Para evitar este problema, se dispone de piezómetros con
dispositivos para remover el gas de la punta del piezómetro.
Asentamientos apreciable : Se desarrollan numerosos problemas como:
Distensión de los tubos elevadores en la parte que queda por
debajo del revestimiento permanente, lo cual puede evitarse
instalando el piezómetro dentro del revestimiento.
Distensión del elevador en la parte superior del revestimiento
permanente. Se elimina esto removiendo la sección superior del
revestimiento hasta alrededor de 1.52 m (5') por debajo de la
superficie al terreno y rellenándola con arena. Alargamiento de las
guías horizontales. El alargamiento de las guías eléctricas puede
afectar adversamente la calibración de los circuitos, dando
lecturas erróneas.
Variaciones eléctricas: La precisión de las unidades eléctricas para medir
presión de poros puede depender de los cambios de temperatura,
alargamiento de las guías de alambre y cambios en las características
del diafragma. Es muy difícil mantener la calibración durante períodos
prolongados. Hay algunas celdas de piezómetros que reducen estos
problemas.
Sistema cerrado : A menudo los piezómetros hidráulicos pierden
precisión a causa de escapes en la tubería o por generación de gas (aire
disuelto). Estas condiciones pueden reducirse empleando agua
"desaireada", pero cuando haya aire en el sistema, deberá removerse
para que puedan obtenerse lecturas precisas. Para remover el aire, las
dos conexiones horizontales deben limpiarse a chorro con un fluido de
color diferente (agua), aplicando vacío en un conducto y proporcionando
un suministro continuo del fluido en el otro. Los escapes de aire en el
dispositivo de lectura pueden repararse, pero los que se presentan bajo
el terreno generalmente no pueden localizarse ni repararse.
X. CASO
En la falla se acepta que la presión que induce el peso del terraplén al terreno
de cimentación, es tomada totalmente por el agua de los poros6 del suelo al
estar completamente saturado. En el proceso no intervienen las fuerzas de
fricción entre partículas sólidas del suelo. La falla del suelo ocurre sin cambio
de volumen debido a la baja permeabilidad del suelo que se está considerando,
una arcilla plástica.
Esquema que
representa los diferentes estados de esfuerzo de un estrato de suelo en
condiciones naturales y al aplicarle una carga.
De acuerdo con la figura anterior inciso b), la resistencia al esfuerzo cortante
del suelo se pueda calcular como:
Donde S es la resistencia del suelo igual a la cohesión C,
en una prueba de compresión triaxial tipo UU. Si se acepta que
, donde K0 es el coeficiente de tierras en reposo y u es
la presión de poro. Entonces, se puede conocer el valor de u necesario para
que se tenga la condición de falla del suelo según lo siguiente:
El valor de K0, se puede estimar con la siguiente relación para arcilla
normalmente consolidadas:
el valor de φ’, no se conoce para el suelo en estudio, por lo que se utilizará el
valor determinado con las pruebas triaxiales tipo CU, sin perder de vista que
esto da un valor un poco mayor de K0 y por lo tanto también un valor mayor de
la presión de poro. El valor de φ’ a emplear es 20º. De esta forma el valor de la
presión de poro será:
Con la expresión anterior, se podría determinar el valor de la presión de poro a
determinada profundidad, para que se produzca la falla del terreno de
cimentación. Por ejemplo considérese el caso del TR-3, en el estrato entre 3.0
y 4.0m de profundidad en que se determinó el valor de la menor resistencia
(C=1.1t/m2). A 4m de profundidad el esfuerzo efectivo (de acuerdo con el perfil
estratigráfico correspondiente incluido en un capítulo cuatro) sería del orden de
2.05t/m2, por lo que el valor de la presión de poro que produciría la falla a esa
profundidad sería del orden de 1.35 t/m2. Suponiendo que esta es la condición
más desfavorable, se podría definir la sensibilidad y la precisión del piezómetro
para medir adecuadamente el dato anterior. Al valor de la presión de poro
obtenido con el análisis anterior, conviene aplicarle un factor de reducción que
incluya los efectos no considerados según las hipótesis. Una propuesta es
multiplicar por 0.5 para tener un dato menor.
INCLINÓMETROS
Los estratos superficiales de suelos blandos arcillosos que forman parte del
terreno de cimentación de los terraplenes de prueba, podrían sufrir
deformaciones laterales debido al cambio de esfuerzos que se produciría por la
construcción de los terraplenes. La velocidad y magnitud de las deformaciones
laterales comparadas con las verticales, serían un indicativo del proceso por el
cual se está deformando el terreno de cimentación; si su magnitud es
importante, el fenómeno dominante sería más por un cambio de forma del
suelo de apoyo que por un cambio de su volumen. La deformación lateral del
suelo de cimentación de los terraplenes de prueba, puede ser observada con
equipo de instrumentación, en este caso inclinómetros que al ser hincados
convenientemente en el terreno de apoyo o en el cuerpo del terraplén,
indicarían la magnitud y la velocidad de deformación horizontal, según lo que
se describe enseguida.
El inclinómetro mide el cambio de inclinación de un tubo que se coloca en una
perforación dentro del talud y de esta manera, se calcula la distribución de los
movimientos laterales, como se muestra en la figura siguiente:
Monitoreo de deslizamientos utilizando inclinómetros y piezómetros (Abramson y otros, 2002).
De esta manera, se puede determinar la profundidad de la superficie de
falla y la dirección y magnitud de los desplazamientos.
I. SISTEMA DE INCLINÒMETRO:
Un sistema de inclinómetro está compuesto por cuatro componentes
principales:
Un tubo guía de plástico, acero o aluminio, instalado dentro de
una perforación. Este tubo tiene unas guías longitudinales para
orientar la unidad sensora. Generalmente, se utilizan diámetros de
tubo entre 1.5 y 3.5 pulgadas.
Un sensor portátil montado sobre un sistema de ruedas que se
mueven sobre la guía del tubo. El inclinómetro incorpora dos
servoacelerómetros con fuerzas balanceadas para medir la inclinación
del instrumento.
Un cable de control que baja y sube el sensor y transmite señales
eléctricas a la superficie. Generalmente, el cable está graduado para el
control superficial. El cable tiene un núcleo de acero para minimizar
las deformaciones; los cables eléctricos se encuentran espaciados
alrededor y unidos al núcleo. La cubierta exterior es de neopreno y
permanece siempre flexible. El cable tiene unas marcas para medir
profundidades. Estas medidas están relacionadas hasta la mitad de la
altura del torpedo. Superficialmente, el cable se maneja con una polea,
que tiene unas tenazas para sostenerla. Se recomienda siempre,
trabajar con la polea para evitar el riesgo de que el cable pueda
torcerse al sostenerlo.
Esquema de un inclinómetro (Hanna, 1985).
Un equipo de lectura en la superficie (que sirve de proveedor de
energía) recibe las señales eléctricas, presenta las lecturas y en
ocasiones, puede guardar y procesar los datos. El equipo de lectura es
compacto y está sellado contra la humedad. La memoria puede
guardar hasta 40 mediciones completas. La unidad también puede
realizar chequeos y revalidar la información. En oficina, los datos del
inclinómetro se descargan en un computador.
Sistema del inclinómetro (Cornforth, 2005).
Detalles de la tubería del inclinómetro(Abramson y otros, 2002, Cornforth, 2005).
Los instrumentos difieren de acuerdo con el tipo de sensor utilizado, el cual da
un nivel determinado de precisión. Generalmente, los inclinómetros pueden
medir deformaciones de 1.3 a 2.5 mm, en una longitud de 33 metros,
equivalente a una precisión 1:10.000.
Existe un tipo de inclinómetro conocido como inclinómetro “in situ”, el
cual emplea una serie de servo-acelerómetros o sensores electrolíticos;
estos sensores tienen una mayor precisión y suministran información
continua con una precisión aproximada de 1:25.000.
II. INSTALACIÓN DEL TUBO DEL INCLINÓMETRO:
Los tubos del inclinómetro se instalan comúnmente en perforaciones que han
sido previamente muestreadas. El fondo del inclinómetro se supone fijo y es la
base para la medición de la deformación.
Por esta razón, es necesario que la base del tubo esté perfectamente anclada.
La porción baja del ducto debe instalarse mínimo tres metros por debajo de los
sitios en los cuales se espera que el suelo sufra el desplazamiento lateral.
La idea es que la curva de deformación del inclinómetro muestre la
diferencia entre la zona profunda que no se mueve y la que presenta
movimiento. Los inclinómetros se instalan en longitudes de 3 a 6 metros,
unidos por juntas; estas juntas generalmente son cementadas para asegurar
una conexión firme; sin embargo, cada unión representa una posible
fuente de error.
El espacio anular entre el tubo y la perforación debe ser perfectamente lleno
con un sistema de inyección para asegurar que los movimientos del ducto,
reflejen realmente los desplazamientos del suelo. Como las juntas del
inclinómetro están selladas, es posible que el tubo tenga una tendencia a
flotar. Si esto ocurre, es importante llenar el tubo con agua limpia para evitar
que flote. El sistema del inclinómetro funciona en presencia del agua.
Para profundidades mayores de 10 metros se requiere un anclaje o rivete
exterior en las juntas (entre las secciones del tubo) para evitar que las uniones
se suelten. Después de que el tubo llega al fondo de la perforación, se
deben alinear las ranuras de tal forma, que un par de ranuras se
encuentren alineadas en la dirección anticipada del movimiento.
Ejemplo de datos del inclinómetro(Cornforth, 2005)
La ranura que se encuentra, en dirección ladera abajo, se marca como
A0 y la ranura opuesta, se marca como A180. Las otras dos ranuras se marcan
como B0y B180, en la forma como se indica en la figura 12.20.
En el proceso de colocación de la lechada de cemento en el exterior del
tubo, se debe llenar de agua el interior para evitar que pueda introducirse parte
de la lechada dentro del tubo.
El propósito principal de la lechada exterior es rellenar todos los espacios entre
el tubo y el suelo para asegurarse que el inclinómetro se encuentre soportado
en la totalidad de su longitud. Se recomienda la utilización de la lechada de
cemento sin arena o grava, a fin de garantizar que todos los espacios sean
ocupados y no se presenten vacíos entre el inclinómetro y el suelo.
Para mejorar la plasticidad de la mezcla se puede agregar bentonita. La
lechada debe ser más densa en los suelos duros y menos densa en los
suelos blandos, para evitar que la rigidez de la lechada afecte las mediciones.
III. CRITERIOS
Medición inicial
La medición inicial deberá realizarse cuando el material de relleno (que puede
ser una lechada de mortero o una combinación de bentonita-cemento-agua)
entre la tubería y el terreno circundante esté completamente estabilizado, de tal
manera que al momento de analizar los resultados estos movimientos no se
confundan con posteriores movimientos relacionados a la estabilidad del
estrato. También es importante tener un sistema de lecturas iniciales muy
confiables, es decir que sean verificadas en más de una vez, ya que servirá de
base para posteriores cálculos y análisis de resultados. Por tanto, se
recomienda que dichas lecturas base se realicen al menos dos veces al día
hasta observar una estabilización de los desplazamientos y que los errores
estén dentro de los límites de precisión de equipo.
Mediciones subsecuentes.
La frecuencia de realización de estas mediciones depende en gran parte de la
velocidad de los movimientos registrados y de los desplazamientos máximos
permisibles en el estrato de suelo, por lo cual puede requerirse de inspecciones
diarias, mensuales o anuales. Así también tras la ocurrencia de fenómenos
naturales que pueda desestabilizar los suelos (sismos o intensas
precipitaciones pluviales) puede ser necesario la realización de inspecciones
adicionales.
IV. UBICACIÓN DE LOS INCLINÓMETROS
Para que los inclinómetros midan lo que se quiere, es necesario ubicarlos en lugares
estratégicos del proyecto. En este caso sería en la dirección de máximo movimiento lateral del
terreno de cimentación y del cuerpo del terraplén. Tal dirección de máximo movimiento se
puede inferir a partir de los análisis de comportamiento mecánico bidimensional y
tridimensional hecho en un capítulo anterior. Ahí se estableció que los terraplenes de prueba 1
y 2, tienen características geométricas que inducen un comportamiento tridimensional, es
decir, que el incremento de esfuerzos, tanto en la dirección vertical como en direcciones
perpendiculares de un plano horizontal son significativos y consecuentemente las
deformaciones también serían importantes en las tres direcciones. El análisis de incremento de
esfuerzos también ayuda a establecer que los puntos en donde se tiene el mayor de ese
incremento de esfuerzo son: en la zona centro del terraplén, y en las puntos medios de las
orillas, es decir a la mitad del ancho (B) y a la mitad del lado largo (L). Con este razonamiento
se llegaría a la conclusión de poner los inclinómetros a la mitad del lado largo del terraplén y
cerca del centro del mismo. Se sugeriría colocar dos aparatos, alineados para medir la
deformación horizontal en dos puntos, uno en la orilla del terraplén y otro dentro del cuerpo
del terraplén, cercano a la zona centro, según:
Propuesta de ubicación en planta de los inclinómetros (INC-1, INC-2) para los
terraplenes de prueba TR-1 y TR-2
V. LONGITUD DE LOS INCLINÓMETROS
Para que los inclinómetros generen información confiable, es necesario que la punta más
profunda del inclinómetro permanezca más o menos sin cambio de posición durante el tiempo
de monitoreo generando con ello la configuración deformada del inclinómetro. Para que la
punta de la tubería inclinométrica no se mueva, se pueden seguir dos alternativas:
Que el extremo de la tubería inclinométrica se ancle en un estrato de rigidez
considerablemente mayor a la del suelo blando que se piensa se deformará
lateralmente.
Que se lleve hasta una profundidad tal que el incremento de esfuerzos sea de poca
magnitud y en consecuencia la deformación también sea pequeña.
Si se toma como referencia exclusivamente la comparación de módulos de rigidez de los
diferentes estratos, (arenas arcillosas, y arcillas plásticas) es claro con los perfiles
estratigráficos y los datos de la prueba de penetración estándar, que los inclinómetros
deberían instalarse hasta alcanzar los estratos de arena con las probables profundidades
indicadas en la tabla:
La profundidad indicada en la tabla anterior, corresponde en casi todos los terraplenes de
prueba al tercer estrato del subsuelo, al que sobreyacen los estratos de arcillas plásticas,
blandas, con materia orgánica, en donde el número de golpes en la prueba de penetración
estándar es en general menor que 5 y por lo tanto se tendría la mayor deformación lateral
según lo que se analiza enseguida.
En la realidad, se sugiere que todos los inclinómetros se instalen hasta 20m de profundidad,
con la idea de averiguar cuál es el comportamiento real que tiene la alternancia de estratos de
arena más rígidas, con arcilla blandas que conforman el suelo de cimentación de cada uno de
los terraplenes y verificar si efectivamente los estratos de arena restringen el movimiento
lateral o en todo caso analizar su influencia.
VI. ELECCIÓN DEL INCLINÓMETRO
Se refiere al rango y a la sensibilidad del equipo que se emplearía en este caso. Partiendo del
hecho de que se podría hacer uso de la teoría elástica, en dicho análisis se consideraría un
estrato homogéneo e isótropo, hasta 20m, con las propiedades mecánicas de los materiales
arcillosos blandos, aceptando que la deformación calculada sería mayor a la esperada en la
realidad y de algún modo se elegiría un equipo de mayor rango. En la expresión de la teoría
elástica anterior es necesario el valor de E y ν del suelo arcilloso que se está considerando. Si la
deformación se deforma sin una modificación importante de su volumen, tendrá un valor
cercano a 0.5. En cuanto al valor de E, se ha considerado utilizar la información estratigráfica
que se obtuvo con los sondeos de exploración para cada uno de los terraplenes de prueba,
optando por utilizar un valor conservador (de los más bajos obtenidos) 100t/m2. La
implicación de esta decisión es que los desplazamientos calculados tenderían a ser mayores
que los reales y por lo tanto el rango de medición del inclinómetro se aumentaría. La variación
de la deformación unitaria con la profundidad para las dos zonas del terraplén en que se
colocarán los inclinómetros.
Considerando que la mayor magnitud de la deformación lateral se presentaría entre el centro
del terraplén y la orilla que es la zona más esforzada, entonces se puede calcular la
deformación lateral máxima según lo siguiente:
Deformación lateral en (%) para las dos zonas de los terraplenes en que se colocarán los
inclinómetros.
ε =∆ XX
; X se considerará como B/2 ya que es la dirección perpendicular al eje longitudinal del
terraplén. Sin embargo, no debe olvidarse la parte económica, que debe tomar en cuenta el
costo del equipo, la calibración, la instalación, el mantenimiento, el monitoreo y el
procesamiento de la información, así como prever la disponibilidad del equipo y del personal
capacitado para la instalación del mismo en el lugar de interés. (Ref. 28). En este sentido
conviene señalar que a medida que la sensibilidad de un equipo aumenta el costo también
aumenta no solo por el equipo mismo sino porque el cuidado en la operación y en el
procesamiento es mayor.
VII. LECTURA DEL INCLINOMETRO
Después de que el tubo del inclinómetro ha sido instalado y la lechada
se ha cementado, se introduce el torpedo para verificar que no haya
obstrucciones dentro del tubo.
Para este propósito, se recomienda utilizar un torpedo falso, para evitar
el riesgo de daño del torpedo, aunque las obstrucciones no son comunes.
Las mediciones iniciales son muy importantes porque todas las mediciones
subsecuentes se basan en las primeras. Por esta razón, se recomienda
tomar inicialmente, dos o tres grupos de medición para comprobar que la
medición inicial es correcta y así evitar errores posteriores.
Designaciones de las ranuras y vectores del movimiento (Cornforth, 2005).
El inclinómetro se coloca dentro del tubo con la rueda superior en la ranura A0
y se baja hasta el fondo del inclinómetro. Inicialmente, debe dejarse el equipo
en el fondo, durante 10 minutos, para que se normalice con la
temperatura del agua dentro del tubo; de esta forma evitar errores por
temperatura. Se toma la lectura en el fondo y luego se registra cada 50
cms hacia arriba. En cada profundidad, se anotan las lecturas en las
direcciones A0y B0.
Después de que el torpedo salga a la superficie, se gira 180°, se profundiza
hasta el fondo de la perforación y se obtienen las mediciones en las
direcciones A180 y B180.
La suma de las dos mediciones debe ser cercana a 0.0, aunque se
presentan generalmente algunas diferencias. Las mediciones, en un mismo
sitio, deben realizarse siempre con el mismo torpedo, el mismo cable y el
mismo operador, a fin de minimizar los errores de manejo.
Ejemplo de datos de inclinómetro (Cornforth, 2005).
Cuidados que se deben tener en el proceso de medición:
• El torpedo no debe golpearse contra superficies duras para evitar que se
dañen los sensores. Si accidentalmente se golpea el torpedo, éste debe
revisarse realizando las mediciones de comprobación.
• No permita que le entre humedad a las conexiones eléctricas. Nunca
deben conectarse los cables al torpedo, en presencia de lluvias o de humedad
excesiva.
• El cable debe transportarse de forma que no se doble.
• El torpedo debe limpiarse, secarse y aceitarse suavemente, antes de
colocarlo en su caja. La caja debe colocarse sobre la silla de un vehículo
y nunca sobre las áreas duras.
• Siga las recomendaciones para el cuidado y mantenimiento de los
fabricantes.
VIII. INTERPRETACIÒN Y MANEJO DE DATOS:
Debe tenerse muy claro para la interpretación de la información obtenida,
que lo que mide el inclinómetro es la inclinación del tubo en diferentes
profundidades. Es importante que la perforación sea lo más vertical posible
para que las mediciones sean más precisas.
El segundo y demás grupos de mediciones se comparan con la medición
inicial, suponiendo siempre que el fondo del tubo se encuentra anclado en
terreno estable. Posteriormente, en un programa de computador se
comparan las mediciones y se elabora un gráfico de movimientos
laterales contra profundidad, en el plano de las ranuras.
Si las ranuras A se han alineado perfectamente con la dirección principal del
movimiento, se mostrará todo el movimiento en el eje A y ningún movimiento
en el eje B.
Normalmente, la información del inclinómetro se grafica como deflexión lateral
en el eje A y en el eje B. Se recomienda entonces, una exageración de escala
de 120 entre la horizontal y la vertical, para permitir la interpretación fácilmente.
Algunos ingenieros grafican en escalas muy exageradas (mayores a 120),
con la idea equivocada de que el sistema muestra una mayor precisión.
Las escalas exageradas, en la mayoría de los casos, se interpretan
incorrectamente, debido a que aparecen graficados movimientos que no
existen y que pueden atribuirse a errores sistemáticos o de medición. Debe
tenerse mucho cuidado de llegar a conclusiones interpretativas en forma
rápida, con la primera lectura de los inclinómetros.
Se recomienda no efectuar conclusiones hasta que no se tengan varios
grupos de mediciones y se tenga la seguridad de que los movimientos se
están presentando realmente.
Generalmente los programas de computadora de los equipos inclinométricos
presentan diversidad de resultados en forma gráfica, con el objeto de facilitar la
compresión de los mismos al momento de evaluar el comportamiento del suelo
donde están inmersos.
IX.
TIPOS:
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.
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.
2. SENSOR INCLINOMÉTRICO:
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
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. 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 sino que también se
pueden manipular para hacer gráficos y reportes.
X. EQUIPOS:
• Sistema de inclinómetro modelo EAN-25M
El sistema de inclinómetro vertical EAN-25M se usa para medir
desplazamientos laterales y deformación en movimientos de tierras o
estructuras. Proporciona la magnitud de la inclinación y su variación en el
tiempo en estructuras como muros de contención, pantallas, slurry walls,
pilotes, etc. El sistema de inclinómetro horizontal EAN-25/M-H proporciona
datos significativos y cuantitativos de la magnitud del
asentamiento/levantamiento de cimentaciones y su variación en el tiempo.
También proporciona el patrón de deformación, zonas de peligro potencial y la
efectividad de las medidas de control de la construcción tomadas.
El sistema de inclinómetro consta básicamente de: tubería inclinométrica con
manguitos, sonda y registrador de datos (datalogger). También disponemos de
accesorios como la sonda de comprobación, el kit de calibración y el suporte
para introducción de cable.
Características:
Exactitud del sistema ± 6 mm/30 m
• Sonda inclinómetro vertical EAN-25/2M
El modelo EAN-25/2M consta de dos acelerómetros de precisión en el
interior de un cuerpo estanco de acero inoxidable, en el que se han
ajustado dos pares de ruedas con suspensión oscilantes. Las ruedas con
muelle de presión ayudan a centrar la sonda en el interior de la tubería a
cualquier profundidad que se requiera. Se proporciona un conector de seis
clavijas para la conexión con el cable.
El cable está graduado cada 0,5 m, tiene un alma de alta resistencia a la
deformación y se suministra con un carrete fácil de llevar.
Sonda vertical:
Rango de medida ± 15º de la vertical, ± 30º, ± 50º opcional
Resolución ± 0.025 mm/500 mm
Límite de temperatura 0 hasta 80ºC
Dist. entre ruedas 500 mm
Dimensiones (f x L) 32 mm Ø x 700 mm long.
Nota: El rango de medida se reduce a ± 14º cuando se usa con la unidad de
lectura EDI-53INS a ± 4 V F.E. de rango de entrada
XI. APLICACIÓN DE LOS INCLINÓMETROS EN UN DESLIZAMIENTO
Los inclinómetros son probablemente, la herramienta más útil y disponible
para un analista de deslizamientos, siempre que sea económicamente posible,
deben colocarse inclinómetros.
Los inclinómetros permiten determinar la siguiente información:
•La profundidad de los movimientos del deslizamiento.
•La localización y forma de la superficie de falla.
•El espesor de la zona de corte, generalmente, tiene espesores entre 30
centímetros y 1.5 metros, la cual se requiere medir especialmente para el
diseño de los pilotes al cortante, de esta manera, seleccionar muestras
para ensayo de laboratorio y localización de otros tipos de instrumentación.
•La cantidad de desplazamiento, con relativa precisión.
•La rata o velocidad del movimiento para obtener factores estáticos de
seguridad, para medir la variación en rata con las lluvias y otros elementos, o
para confirmar la efectividad de una medida de mitigación o estabilización.
Ejemplo de interpretación de información de un inclinómetro junto a una excavación (Abramson y otros, 2002).
• La dirección del movimiento. Esta dirección puede ser obvia en la mayoría
de los deslizamientos, pero no es fácil determinar cuando ocurren
movimientos diferenciales, debido a los cambios de la superficie de falla u
obstrucciones en el sitio.
Los inclinómetros se utilizan principalmente para detectar la superficie de
falla o para detectar movimientos en las excavaciones.
Localización de un inclinómetro en relación con la superficie de falla
(Abramson y otros, 2002)
Ejemplo de la colocación de inclinómetros para determinar la localización de la superficie de falla en los puntos de difícil acceso (Cornforth, 2005).
Adicionalmente, se pueden instalar inclinómetros dentro o junto a pilotes para
medir la deflexión de éstos por acción de los deslizamientos. Este sistema de
instalación permite determinar los momentos de flexión a que están sometidos
los pilotes. De acuerdo con el objetivo y el comportamiento esperado de
los movimientos, se localizan las perforaciones de inclinómetro.
Uso de inclinómetros en perforaciones inclinadas:
Una técnica muy poco utilizada, pero de gran utilidad, es la instalación
de inclinómetros inclinados para determinar la superficie de falla en sitios de
difícil acceso .
En la figura se muestran los inclinómetros con un ángulo de 30° con la vertical,
los cuales permiten obtener buena información sobre la superficie de falla
en varios puntos y a lo largo de ésta. Debe tenerse en cuenta que la precisión
de las mediciones del inclinómetro, disminuye a medida que aumenta la
inclinación con la vertical, pero no se afecta la precisión de la localización de la
superficie de falla.
XII. ERRORES SISTEMÁTICOS:
Se debe tener cuidado al interpretar la información obtenida en los
inclinómetros. Para la validación de datos se debe corroborar la fiabilidad de las
lecturas, mediante una comparación algebraica de las pares de lecturas, es
decir de lecturas en direcciones opuestas, cuyos resultados son teóricamente
igual a cero, ya que las desviaciones correspondientes a una dirección deben
ser igual en magnitud a las de la dirección opuesta, pero de signo contrario.
También dichos resultados suelen ser especificados como permisibles según el
proveedor del equipo.
Uno de los errores más comunes es la utilización de una escala
exagerada. Del mismo modo, la mayoría de los equipos presentan un
margen de error en las mediciones de acuerdo con la precisión de cada
instrumento.
Los errores sistemáticos más conocidos son los siguientes:
Error “Limpiaparabrisas” (“Bias Shift Error”).
Es el error sistemático más común y ocurre con mucha frecuencia. Este
error puede reconocerse por el efecto limpiaparabrisas, en el cual la gráfica
de desplazamiento se inclina linealmente con la vertical. La inclinación
ocurre alrededor de un punto aparente de giro en la base del inclinómetro.
El sesgo corresponde a la lectura del torpedo cuando se encuentra vertical.
Aunque en el equipo (al salir de la
fábrica) el error es cercano a 0, el
sesgo varía a lo largo de la vida del
equipo y puede cambiar durante su uso
en el campo. En un torpedo con cero error,
la lectura en la dirección A180 debe ser
numéricamente idéntica, pero de signo
opuesto a la lectura en el eje A0 a la misma
profundidad.
Los errores de sesgo pueden detectarse
al encontrar las inconsistencias de las
lecturas en campo. El cambio del error de
sesgo ocurre dentro de cada grupo de
datos entre lecturas opuestas. Se
recomienda que si el error de sesgo excede a 20 unidades, el torpedo debe
enviarse a la fábrica para reemplazar los sensores.
El error de “limpiaparabrisas” puede corregirse utilizando software de
computador. Es más fácil corregirlo cuando el empotramiento en suelo
estable es mayor pero es muy difícil corregirlo cuando están ocurriendo
movimientos de reptación.
Error de rotación.
Este error ocurre cuando el tubo del inclinómetro sufre una pequeña
rotación del equipo hacia el plano inclinado. El error puede ocurrir para
giros de menos de un grado. La tolerancia del equipo es de ± 0.25°.
Efecto de la utilización de escalas horizontales muy exageradas (Cornforth, 2005).
Efecto de “limpia-parabrisas” debido al error de movimiento de sesgo diagonal (Cornforth, 2005).
El error puede detectarse conociendo que el inclinómetro se encuentra
muy desviado respecto a la vertical, graficando la desviación acumulativa con
respecto a la vertical y observando que el gráfico de desplazamiento lateral
en el otro plano, es similar (en forma) a la gráfica de desviación acumulativa.
Error de posicionamiento de la profundidad:
Este error es originado por la colocación del sensor a diferentes niveles de
profundidad de la medición inicial. Puede ser causado por compresión o
asentamiento del tubo, cambio del cable o errores del operador. Es un error es
muy difícil de corregir.
Es muy importante que tanto la toma de datos de los inclinómetros como
su interpretación, sean realizados por personal con mucha experiencia y se
puedan corregir los errores para realizar una interpretación correcta.
El escenario más común es cuando los errores de “limpiaparabrisas” se
reporten como movimientos reales del terreno. Con frecuencia, en las primeras
lecturas, se reportan movimientos que generan falsas alarmas. Al cabo del
tiempo, se concluye que los movimientos, eran errores limpiaparabrisas del
equipo. Otra fuente de mala interpretación es el ploteo de las gráficas con
escalas muy exageradas.
Desviación estándar de los errores,
Para lo cual se debe comparar la desviación estándar de dichas lecturas con la
obtenida en la medición inicial de desplazamientos. (Considerando como
desviación estándar representativa del sistema sonda y tubería inclinométrica).
Por ejemplo, algunos proveedores sugieren una desviación estándar entre 3 y
5 unidades de la desviación estándar inicial.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Abramson, L. W., Lee, T. S., Sharma, S, Boyce, G. M. (1996), “Slope
Stability and Stabilization Methods”, John Wiley & Sons Inc., p. 341
Abramson L. W., Lee T.S., Sharma S., Boyce G. M. (2002). “Slope
stability and stabilization methods”. John Wiley & Sons, Inc. New York.
pp 712.
Ayalew L., Yamagishi H., Marui H., Kanno T. (2005). “ Landslides in
Sado Island of Japan: Part I. Case studies, monitoring techniques and
environmental considerations”. Engineering Geology 81. pp 419-431.
http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/5180/Capitulo2.pdf
https://www.mtc.gob.pe/portal/transportes/caminos_ferro/manual/EM-
2000/seccion-01/mtc130.pdf
DISTRIBUCIÓN DE PIEZÓMETROS:
1. Implantación Procedimiento “natural” de implantación
Encontrarse incluido y definido en el proyecto constructivo, analizado y cuantificado, tanto ‐desde el punto de vista técnico como económico.
Redactar un Plan de Auscultación específico.‐
Finalmente implantar el sistema de control‐ definido en el plan realizando transmisión de la información que ofrece la auscultación mediante “informes” periódicos.
2. Parámetros y tipología de dispositivos Parámetros básicos de control en entornos:
- Control de movimientos verticales
- En edificios y estructuras colindantes.
- En superficie.
- En profundidad.
- Control de movimientos horizontales.
- En edificios.
- En superficie.
- En profundidad.
- Control de variaciones de niveles de agua. Piezometria
- Medida directa de presiones o variaciones de nivel de agua.
-Prevención ante posibles movimientos inducidos.
- Dispositivos dirigidos al control de movimientos verticales en edificios y estructuras colindantes. Referencias de nivelación en edificios.
- Dispositivos dirigidos al control de movimientos verticales en superficie. Hitos de nivelación.
-Dispositivos dirigidos al control de movimientos verticales en profundidad. Extensómetros de varillas. Extensometría incremental.
- Dispositivos dirigidos al control de movimientos horizontales en edificios. Miniprismas.
- Dispositivos dirigidos al control de movimientos horizontales en superficie Hitos combinados. Hitos combinados.
- Dispositivos dirigidos al control de movimientos horizontales en profundidad. Inclinometría.
- Dispositivos dirigidos al control de variaciones de niveles de agua. Piezómetros cerrados y Piezómetros abiertos.
Distribucion de un piezometro
