PIEZÓMETROS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERÍA

Escuela Académico Profesional De Ingeniería Geológica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA

PIEZOMETROS DE PVC

CURSO :

GEOTECNIA I

DOCENTE:

Ing. WILVER MORALES CESPEDES

ALUMNO:

SAAVEDRA VASQUEZ, Joey

Cajamarca, Marzo del 2013.

GEOTECNIA I Página 1



INTRODUCCION

Los piezómetros se utilizan en estudios geotécnicos, proyectos de obra,

de captaciones, control de acuíferos y conocimiento del medio litológico

e hidrogeológico.

Los piezómetros se diseñan para medir el potencial hidráulico de forma

puntual en niveles acuíferos individualizados. Por lo que hay que evitar

comunicar con ellos los distintos niveles acuíferos atravesados. La

situación de los tramos filtrantes de la tubería piezométrica se fijarán en

función de la columna litológica investigada con el sondeo previo y se

aislarán los tramos filtrantes del resto del sondeo, colocando tapones en

el anular entre la tubería y el taladro. Tras finalizar las tareas de

acondicionamiento del sondeo, los piezómetros serán limpiados

mediante bombeo para asegurar una perfecta conexión con el acuífero.

Los tubos piezométricos se nivelarán cuidadosamente, dejando en el

extremo libre una referencia del nivel. Se tomarán las medidas

necesarias para evitar el enterramiento del sondeo antes de la

colocación del tubo piezométrico. Si fuera necesario, el tubo se colocará

antes de retirar completamente la entubación. Los tubos, además de

permitir el control diferido del nivel freático, podrán ser utilizados en su

momento para el rellenado u obturación de los sondeos. Si estuviera

previsto realizar algún ensayo especial en el interior del sondeo, se

podrá ordenar la colocación de un revestimiento provisional de las

características que se precisen.

En los sondeos en ejecución se controlará la posición del agua en los

mismos, indicando la profundidad a que se encuentra el sondeo, así

como la fecha y hora de las lecturas.




OBJETIVOS

OBJETIVO PRINCIPAL:

Conocer los usos y aplicaciones de los piezómetros en la minería.

OBJETIVOS SECUNDARIOS:

Conocer el funcionamiento de los piezómetros.

Conocer la instalación y manipulación de los piezómetros.




I. PIEZÓMETROS

Un piezómetro es una perforación que penetra en una capa acuífera y permite obtener información relacionada con el acuífero a estudiar. Se considera una herramienta para la identificación puntual y puede ser vertical u horizontal.

Los piezómetros se utilizan para medir la presión (nivel) del agua subterránea así como en tuberías, en vasos comunicantes, etc. En la mayoría de las aplicaciones geotécnicas, los piezómetros se instalan en perforaciones para medir las presiones de agua existentes y también el aumento o disminución de la presión, debido a factores naturales o al avance de la faena.

La presión de poros se puede monitorear utilizando excavaciones de observación o piezómetros, los cuales pueden ser de tubo abierto, neumáticos o de cable vibratorio. El tipo de piezómetro a seleccionar para cada estudio específico depende de las características de funcionamiento del piezómetro y de su precisión.

Un piezómetro es una perforación que penetra en una capa acuífera y permite obtener información relacionada con el acuífero a estudiar. Se considera una herramienta para la identificación puntual y puede ser vertical u horizontal.

Un piezómetro tiene que permitir:

Tomar niveles.

Tomar muestras de agua.

Realizar ensayos hidráulicos.

Recuperar testigo (si es posible).

Realizar técnicas geofísicas complementarias.




Los criterios generales que deben cumplir los piezómetros que se construyan para complementar las redes de control de las aguas subterráneas son los siguientes:

1. Diseño común a todos los piezómetros de una nueva red con el fin de facilitar las operaciones previstas y el mantenimiento. Un ejemplo de esquema constructivo es el que se muestra en la Figura.

2. Realizar un buen reconocimiento geológico de los niveles atravesados. El valor de la información hidrogeológica obtenida al perforar es muy alto y aunque finalmente se desestime la construcción del piezómetro, esta información debe conservarse.




Ejemplo de identificación litológica del medio por el material extraído durante la perforación de un piezómetro

3. El piezómetro debe ser característico de un solo acuífero. Nunca debe comunicar entre sí varios acuíferos.

Ejemplo de piezómetro con 3 tubos abiertos en niveles acuíferos diferentes. Columna litológica y esquema constructivo del piezómetro

4. El piezómetro debe tener una vida útil larga y a la vez ser económico, debe ser resistente a la corrosión y a otras acciones fisicoquímicas. Por otro lado el propio piezómetro no debe alterar las propiedades químicas de las aguas. Por estas razones se aconseja el uso de tubos de PVC, u otros materiales adecuados, para la entubación.

5. Se deben poder medir los niveles freáticos y otros parámetros de forma manual y/o con equipos automáticos. Para ello el diámetro debe ser suficientemente grande.

6. Se deben poder tomar muestras de agua para su análisis químico de la mejor forma posible. Debe bombearse el pozo de forma que




se renueve el agua de su interior y una vez conseguido esto debe tomarse la muestra.

7. Se debe colocar un filtro de arenas, o bien el entubado de PVC debe llevar incorporado un macizo de arena con resina para evitar colmatación por entrada de finos o crecimiento de microorganismos o algas.

8. El piezómetro se debe poder limpiar (normalmente por bombeo) de vez en cuando en el caso de colmatación por incrustaciones en las rejillas, por ejemplo.

9. Se deben poder realizar ensayos hidráulicos tanto para determinar los parámetros hidráulicos del acuífero como para controlar periódicamente el funcionamiento del piezómetro. Normalmente esta limpieza se hace por bombeo.

10. Los piezómetros deben quedar bien protegidos y disimulados (integrados en el paisaje) con tal de evitar daños al propio piezómetro y a personas u otros equipamientos.

Se debe evitar la entrada de elementos que lo puedan estropear:

Evitar entradas de contaminantes. Evitar actos vandálicos. Resistir a las inclemencias exteriores.

Observaciones en Apiques o Excavaciones

Este es el método más simple, pero requiere de un tiempo significativo después de realizada la excavación y antes de tomar la medida, para permitir que el nivel de agua logre equilibrarse.

Sondeo Abierto

Consiste en perforaciones abiertas en las cuales se coloca un tubo perforado en su base (Figuras 12.31 y 12.32) o tubos que se hincan a presión y luego se extraen ligeramente.




La profundidad del nivel de agua se puede medir por medio de un cable y un elemento detector (que bien puede ser un medidor eléctrico o un simple objeto metálico). Una cubierta de protección impide la entrada del agua lluvia.




Si el sondeo abierto se encuentra en una formación de suelo homogéneo con solo un nivel de agua presente, este sistema es válido para obtener información de las variaciones del nivel freático.

Su precisión generalmente es buena, pero como la perforación tiene comunicación con todos los estratos, no se puede especificar la presión del agua en un sitio determinado. El nivel del agua que se obtiene, corresponde a la cabeza de presión en la zona más permeable y esto puede prestarse para errores en el análisis.




Piezómetro de Cabeza Abierta

Uno de estos piezómetros es el tipo Casagrande (Figura 12.33), que es muy similar al tubo abierto con un filtro y con la colocación de sellos de Bentonita, permite especificar el sitio de la lectura, eliminando el factor de error ya descrito.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 de cabeza abierta son considerados por los ingenieros, como los más confiables.

Algunas de las ventajas de los piezómetros de cabeza abierta son los siguientes (Abramson y otros, 2002):

• Son simples y fáciles de interpretar.




• Su durabilidad y permanencia en el tiempo es muy buena.

• Son fáciles de mantener.

• Se pueden utilizar unidades de medida portátiles.

• Se puede muestrear el agua freática.

• Se pueden utilizar para medir la permeabilidad del suelo.

Entre las limitaciones de los piezómetros de cabeza abierta se puede mencionar que son de respuesta lenta con el tiempo (Figura 12.34) 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 arcillas (Cornforth, 2005).

Los piezómetros de cabeza abierta se pueden acomodar para los sistemas automáticos de adquisición de datos, colocando dentro del tubo, un piezómetro suspendido de hilo vibrátil.




Piezómetros Neumáticos

Este piezómetro 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 (Figura 12.35). La precisión depende del equipo de medición.

En la experiencia con este tipo de piezómetros se ha encontrado que hay poca exactitud cuando las presiones son bajas y que el nivel de precisión de las unidades de lectura, no es muy exacto.

Entre las ventajas de los piezómetros neumáticos se encuentran las siguientes:

Son muy precisos al requerirse sólo pequeños cambios en el volumen de agua.

Son simples de operar. Se pueden utilizar medidores portátiles. Los equipos no son muy costosos. La instalación es simple.

Entre las limitaciones de los piezómetros neumáticos se menciona la dificultad para desairear el sistema poroso y la facilidad con que se puede tapar con partículas del suelo. La durabilidad en el tiempo es muy




inferior a los piezómetros de cabeza abierta; otra limitante de los piezómetros neumáticos es que no son prácticos para las mediciones automáticas.

II. INSTALACIÓN DE PIEZÓMETROS

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 (Abramson y otros, 2002).




III. EL USO DE LOS PIEZÓMETROS EN EL ESTUDIO DE LOS DESLIZAMIENTOS

Los piezómetros generalmente se instalan como parte de las investigaciones del sitio y en ocasiones, antes de que se tenga información sobre la localización de la superficie de falla; sin embargo, es muy importante que la punta de los piezómetros se encuentre muy cerca o en la superficie de falla. Igualmente, es importante que se puedan medir las presiones del agua subterránea durante largos periodos de tiempo.




La instalación ideal es que la bolsa de arena entre a la zona de cortante en tal forma que la presión en la arena, refleje la presión del agua en la superficie de falla. El sensor propiamente dicho, debe estar por encima de la superficie de falla para que no se dañe en el proceso de movimiento.

Si el sensor se encuentra muy profundo, éste, los tubos, o los cables, pueden dañarse o ser destruídos al moverse la masa activa. Igualmente, si el piezómetro se introduce en la roca o suelo duro, o muy profundo, las presiones de poros son generalmente menores que las del deslizamiento.

Si el sensor se encuentra muy superficial, las mediciones de presión de aguas pueden ser incorrectas; incluso, pueden ser mayores que la presión en la superficie de movimiento, como se muestra en la figura 12.39.

Otra decisión importante es definir el tipo de piezómetro, que puede ser de respuesta rápida como el piezómetro de hilo vibrátil o el neumático, o de respuesta lenta como el de cabeza abierta.

Confiabilidad de los Resultados de las Mediciones Piezométricas

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:

• Que no se obtenga lectura, o sea que la perforación se encuentre seca sin razón o que la medida sea cero.

• Que la medida nunca cambie independientemente de las lluvias o la estación climática.

• Que unas lecturas sean inconsistentes en relación con otras, en un grupo de piezómetros.

Es importante revisar la posibilidad de que las lecturas no sean confiables y corregir el problema colocando nuevos piezómetros o eliminando lalectura 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.

Los piezómetros son muy importantes en la parte alta del deslizamiento para determinar las presiones de poros relacionadas con la recarga hidrogeológica.

CONCLUSIONES

Se construye con un tubo perforado o ranurado, de PVC o

galvanizado, que se introduce en el sondeo después de perforarlo.




Suelen tener un diámetro útil entre 60 y 100 mm, sus uniones van

soldadas o roscadas y sus extremos se tapan y protegen

adecuadamente.

Entre las limitaciones de los piezómetros de cabeza abierta 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 arcillas

Entre las limitaciones de los piezómetros neumáticos se menciona

la dificultad para desairear el sistema poroso y la facilidad con que

se puede tapar con partículas del suelo.


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