Instrumentacion Geotecnica Final

MECÁNICA DE SUELOS II

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.

ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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



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



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.



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 Civil es y otros.



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.



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. 2. 3. 4. 5. 6.

Caracterización geomecánica de la masa rocosa. Análisis de estabilidad de taludes en rocas y suelos. Modelamientos numéricos y analíticos. Estudios de voladura. Análisis inverso de colapsos. Análisis de estabilidad de botaderos de lastre. ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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



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


MECÁNICA DE SUELOS II 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.

Water Level Indicator

2.2.- VENTAJAS:

Simple, confiable, no eléctricos, no hay componentes calibrados. LIMITACIONES:



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.



Piezómetro Casagrande RST

ESPECIFICACIONES:



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 utiliz ados 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 ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


la señal, se aplica los factores de calibración, y muestra una lectura de la unidad de ingenieros necesaria.

Dispositivo de lectura

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 ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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:



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.



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



TABLA COMPARATIVA:

Casagrande

Pneumatic

Vibrating Wire

Response

Slow

Fast

Fast

Accuracy

High

Medium

High

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

Repeatable Readings



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 ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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 ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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 ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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 Figura 5. Instalación falla del talud. inclinometrico.

del

tubo

Figura 6. Instalación del tubo Figura 7. Inclinometro instalado en el terreno. inclinometrico.



Figura 8. Fijación del tubo Figura 9. Inclinometro instalado y inclinometrico con lechada para listo para la recolección de datos. una mejor estabilidad.

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.



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.



Figura 12. Gráfico de desplazamientos acumulados obtenido de medición inclinométrica

Figura 13. Gráfico de desplazamiento vs tiempo obtenido de medición inclinométrica ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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 Figura 15. (DIS 500) DIPPER.

Inclinometro


LITTLE


CAPÍTULO IV ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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 ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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 sismoresistentes. 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.



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.



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 ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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 Seguimiento Seguimiento Vigilancia Demolición, Construcción, supervisión Control Túnel y Estructurales,

vigilancia para el cumplimiento cerca del campo de explosión lejos de campo explosión de explosión submarina seguimiento de la actividad seguimiento de la actividad de transporte pesado dinámico de compactación el seguimiento del metro seguimiento y análisis



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 muros. pilares y pilas. •Seguimiento

del

la

rotación

comportamiento

de de

las

retención 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.



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.



Soporte articulado fija un límite máximo con un ancla.

Soporte giratorio fijo a un no-vertical superficie con una ancla.

Soporte articulado fijado a una pared o pilar con un ancla.



Soporte soldado a un miembro estructural.

Soporte montado en piso.



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.



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

muros, pilares, ubicación.

de

la

y

las

rotación

pilas

de

retención

un

submarino

en

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 ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA


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.



CONCLUSIONES 

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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.


Instrumentacion Geotecnica Final

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