Sesiones Instrumentación
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
Programa de Posgrado en Geotecnia
Investigacin del Subsuelo e
Instrumentacin
CD 2020405
Monitoreo e Instrumentacin
POR QUE NECESITAMOS MONITOREO?
1. Incertidumbre Geotcnica
Imperfeccin del Modelo Geolgico Geotcnico (Variabilidad espacio/tiempo, importancia de los pequeos detalles geolgicos)
Supuestos / Predicciones / Realidades ?
Soluciones predeterminadas, nicas (conservadoras e incluso inadecuadas)
Mtodo Observacin
Soluciones para lo mas probable (Plan A)
Previsin de condiciones extremas (Plan B/C)
Validamos a travs de observacin (MONITOREO)
2. Control de calidad de lo que se hacemos
Planear
ActuarVerificar
y Validar
Corregir
POR QUE NECESITAMOS MONITOREO?3. Seguridad y Gestin Adecuada del Riesgo [$]
Controlar condiciones de amenaza y riesgo sobre personas y bienes
Poner oportunamente en marcha planes de accin y contingencia
Se estima que un plan de monitoreo efectivo puede reducir los riesgos hasta en un orden de magnitud (Lambe et al 1981)
4. Consideraciones Legales Litigios y Demandas
5. Desarrollar y Mejorar el Estado del Arte
Aprox. Conceptual a la Optimizacin del Costo
Probable total y de la investigacin de un proyecto con
Manejo del Riesgo con Monitoreo
Costo Mnimo sin
cons. De riesgo
Costo Mnimo
con cons. De riesgo
-
Estrategia en el Manejo del Riesgo
OJO!!! NO TODOS LOS DAOS LOS PODEMOS MONETIZAR
LA INSTRUMENTACION GEOTECNICA COMO TAL NO EVITA EL DAO, ES LA GESTION CON BASE EN ELLA
1. Determinar todas las formas en que un proyecto puedefallar o experimentar deterioro extremo
2. Estimar la probabilidad de Ocurrencia de Cada uno de estoseventos en el perodo de anlisis. Pi
3. Determinar las consecuencias de la falla en cada eventoconsiderado, incluyendo sus costos. Ci.
4. Estimar la reduccin en probabilidad de ocurrencia de unevento como consecuencia de un programa de monitoreo;pi.
5. Determine la reduccin del riesgo de un evento y sumar lareduccin de todos los riegos reducidos. BENEFICIOS
6. Si los costos de la instrumentacin son menores a losbeneficios proceder a instrumentar
Principio General
EL MONITOREO DEL DESEMPEO GEOTECNICO
DEBE SER PARTE DE CUALQUIER PROYECTO QUE
INVOLUCRE UN NIVEL DE INCERTIDUMBRE
GEOTECNICA Y CONSECUENTEMENTE DE
RIESGOS POTENCIALES NO CONTROLABLES
PREVIAMENTE [VIDAS, DAOS A TERCEROS, AL
PROYECTO MISMO], COMO RESULTADO DE
COMPORTAMIENTOS GEOTECNICOS ADVERSOS,
PREFERIBLEMENTE ADVERTIDOS EN LAS FASES
DE PLANIFICACION, PERO EN PRINCIPIO DE BAJA
PROBABILIDAD.
Cuando se est en medio de la adversidades ya es tarde para ser cauto
(Sneca)
Propositos de un Programa de monitoreo
DURANTE LA PLANIFICACION Y DISEO DE UN PROYECTO O EN EL ESTUDIOS DE PROBLEMAS ESPECIALES
Complementacin de la caracterizacin de las condiciones iniciales de un sitio [presiones y flujos del agua superficial]
Verificacin del mejoramiento de terrenos antes de una construccin especfica [pre-consolidacin suelos fundacin ,
eficiencia procesos de drenaje en tneles]
Validacin de diseos, procedimientos constructivos previos a una obra [pilotes, terraplenes y excavaciones de prueba, cap.
anclajes]
Estudio de las relaciones causa efecto en el anlisis de problemas particulares. [inestabilidad de taludes, tneles]
Propsitos de un Programa de Monitoreo
DURANTE LA CONSTRUCCION
Control de la seguridad [FS bajos, alarma oportuna y temprana]
Gestin del Riesgo [prevenir daos en vidas y bienes]
En desarrollo del Mtodo de Observacin, para la toma de decisiones oportunas [situaciones menos probables y
eventos no previstos (best way out)]
Control desarrollo tcnico obra [velocidad de ejecucin eje. Rellenos; oportunidad colocacin de soportes tneles;
oportunidad colocacin entibados ex. abiertas]
Mejor manejo contractual [Clusula de DSC]
Proteccin legal [mayor impacto en reas urbanas]
Mejorar relaciones con la comunidad
Avance en el estado del arte
-
Propositos de un Programa de Monitoreo
DESPUES DE CONSTRUCCION
Comprobacin del diseo
Manejo y control operativo de una obra especfica [desembalses, despresurizaciones etc.]
Deteccin oportuna de situaciones anmalas [consecuencia de situaciones extremas:
crecientes, sismo, actos vandlicos etc]
Seguridad de la obra y de su entorno
Avance en el estado del arte [condiciones normales y extremas]
Limitaciones de un Programa de Monitoreo
1. La naturaleza discreta (puntual) de las observaciones. Cada
instrumento estar localizados en un sitio especfico dentro de
una excavacin, relleno o estructura y en consecuencia no
pueden proveer una imagen completa de la respuesta del
terreno, sin un manejo agregado e integrado de las respuestas
de varios instrumentos. UNO SOLO NO DEBE SER LA BASE DE
UN SISTEMA DE ALERTA
2. Por otra parte nmero de instrumentos instalados debe
optimizarse y ser limitado, puesto que el costo de su
instalacin, mantenimiento, como del proceso de recoleccin y
anlisis de datos podr ser significativo.
3. Los instrumentos se podrn daar durante su vida o podrn
hacerse inaccesibles.
En el contexto anterior el empleo de sistemas que permitan
monitoreo continuo, cuyos datos sean interpretados con base en
modelos de analticos (anlisis inverso) y en tiempo real
preferiblemente, sern esenciales para expandir y dar una idea
mas integral del comportamiento del terreno y deben
contemplarse en la planificacin de un buen programa de
monitoreo
Aproximacin Sistemtica a un Programa de Monitoreo (1)
FASE DE PLANIFICACION Y DISEO DEL PROGRAMA
1. Conocer adecuada y suficientemente las caractersticas de un proyecto y/o
situacin y su entorno fsico: modelo geolgico - ambiental
2. Identificar y caracterizar los mecanismos (fenmenos) que se considera
controlan el comportamiento del proyecto o situacin (modelo geotcnico)
3. Definir el propsito general y especfico del plan de monitoreo (s/etapa)
4. Formular el interrogante geotcnico que debe ser respondido por el plan de
observacin NO SE DEBE INSTALAR UN INSTRUMENTO SI NO VA A
RESPONDER UN CUESTIONAMIENTO ESPECIFICO O IDENTIFICAR UN
MODO POTENCIAL DE FALLA
5. Seleccionar los parmetros a ser monitoreados (causas y efectos)
presin de agua
esfuerzos totales (tierra y/o contra estructuras)
desplazamientos verticales y/o horizontales (externos e internos)
inclinaciones
deformaciones (internas, estructuras de contencin o soporte)
temperaturas
Aproximacin Sistemtica a un Programa de Monitoreo (2)
6. Establecer el rango de la magnitud de los cambios u oscilaciones probables (modelacin analtica)
Valor mx. (rango), Valor min (sensibilidad Instrumentos y exactitud) . Estrategias de medicin
7. Identificar y Disear los Planes de Intervencin o Contingencia (Plan B)
Definicin de criterios para actuar, niveles de amenaza (SEMAFORO)
8. Definicin responsabilidades de diseo, construccin y operacin del sistema de instrumentacin- lneas de comunicacin
Para alcanzar plenamente los objetivos del monitoreo la informacin debe ser OPORTUNA, CONFIABLE Y PRESENTADA EN FORMA TAL QUE PUEDA SER ENTENDIDA, CORRECTA Y EFICIENTEMENTE USADA .
9. Anlisis para la seleccin de los Instrumentos
Consideraciones de confiabilidad y simplicidad (lo barato sale caro)
Anlisis de condiciones con productores
-
Aproximacin Sistemtica a un Programa de Monitoreo (3)
9. Anlisis para la seleccin de instrumentos
Evaluar limitaciones y potencialidades del personal que se encargar de su manejo
Requerimientos de instalacin y de operacin a largo plazo
Adecuacin a las condiciones del terreno y su entorno
Evaluacin Interferencias con construccin y tiempo requerido para instalacin
Sistema de adquisicin de datos/ Condiciones para las lecturas
Requerimientos de repuestos y unidades de lectura en disposicin
Aproximacin Sistemtica a un Programa de Monitoreo (4)
10. Ubicacin de instrumentos [debe reflejar la hiptesis de trabajo y compatible con el mtodo de anlisis posterior]
Identificar zonas de mayor inters (zonas dbiles o blandas, de transferencia de esfuerzos, altas presiones de
poros)
Seleccionar secciones prioritarias o representativas en asp. geolgicos-geotcnicos y/o constructivos
Secciones con cambios bruscos en la fundacin (presas)
Seleccionar secciones complementarias de comparacin o chequeo.
Estimar cantidad teniendo en cuenta dificultades de supervivencia
Identificar sitios para obtencin de informacin pronta
Aproximacin Sistemtica a un Programa de Monitoreo (5)
11.Plan de registro, y anlisis de factores que puedan afectar los datos
medidos
Proceso constructivo
Condiciones geolgicas y ambientales
12. Estrategias para asegurar correccin en las mediciones
Observaciones visuales
Duplicacin de instrumentos
Sistemas complementarios (controles topografcos)
Anlisis de consistencia y repetibilidad
Calibracin y chequeo
Aproximacin Sistemtica a un Programa de Monitoreo (6)
13. Lista de los propsitos especficos de cada instrumento
14. Informe sobre el diseo del sistema
todos los pasos anteriores
Presupuesto Inicial
FASE DE IMPLEMENTACION DEL PROGRAMA
15. Seleccionar mtodo para la adquisicin de la instrumentacin
16. Seleccionar mtodo para la instalacin de la instrumentacin
17. Escribir especificaciones para adquisicin de equipos y servicio
posterior
-
Contenido de las Especificaciones de Instrumentos a ser
Adquiridos por Costo Mnimo (sin ref. marcas)
PARTE ARTICULO
GENERAL Criterios de EquivalenciaRequisitos de pre-aprobacinCalibracin de Fbrica - generalGarantas de CalidadPrograma de suministroManuales de Operacin yMantenimiento
POR CADA INSTRUMENTO Especificaciones de los materialesCalibracin de Fbrica - Detalles
Aproximacin Sistemtica a un Programa de Monitoreo (7)
18. Plan de instalacin
descripcin procedimiento
formatos de control de instalacin
programacin instalacin
entrenamiento del personal
coordinacin con contratista de obra
19. Plan de calibracin
en fabrica (documentos suministrados por fabricante)
ensayos de pre- instalacion (verif. calibracin chequeos de funcionamiento)
post- instalacion (unidades de lectura y elementos embebidos)
20. Plan de mantenimiento durante la vida til
Aproximacin Sistemtica a un Programa de Monitoreo (8)
21. Plan de recoleccin de datos, procesamiento, presentacin,
interpretacin, reporte y utilizacin (cond, normales y sit. especiales)
Para alcanzar plenamente los objetivos del monitoreo la informacin
debe ser OPORTUNA, CONFIABLE Y PRESENTADA EN FORMA
TAL QUE PUEDA SER ENTENDIDA, CORRECTA Y
EFICIENTEMENTE POR QUIEN CORRESPONDA
programacin de lecturas y formatos
necesidad o no de procesamiento automatizado
formatos y grficos de presentacin
criterios y procedimientos para interpretacin
plan de acciones correctivas y/o contingentes
22. Presupuesto Revisado
Incertidumbre en el Contexto de un Programa de
Monitoreo - Definiciones
CONFORMIDAD: Acoplamiento de un instrumento al entornodonde esta instalado, es determinante para la exactitud (o error)de una medicin. Idealmente un instrumento no debe alterar lascondiciones del sitio en que se busca monitorear un parmetrodado. Depende de la configuracin y diseo del instrumento, delas condiciones para su instalacin y la instalacin misma.
EXACTITUD (Accuracy): Proximidad de una medicin al valorreal de la variable medida (a partir del momento en que empieza aser medida), se expresa en trminos +/- (unidad o %). Se obtienedurante la calibracin de los instrumentos (contra estndarespatronados). Indica que tan correcta puede ser una medida.Cuando se expresa en % pueden ser menos exactos cuandoestos aplican sobre todo el rango de medida
.
-
PRECISION (Repetibilidad):. Es el grado de aproximacin de
varias lecturas a su promedio aritmtico, la exactitud requiere
precisin, la precisin no requiere exactitud. En algunos
condiciones y dependiendo del objeto de las mediciones es mas
importante que la exactitud, ya que en muchas situaciones son
mas significativos los cambios en el tiempo que el valor real.
Exacto y PrecisoNO Preciso, pero con
muchas lecturas se
puede en promedio
aproximar exactitud
Preciso pero inexacto
Error SistemticoError Aleatorio
Conceptos y Definiciones en el contexto de un Programa
de Monitoreo (3)
RESOLUCION: Divisin mas pequea en la escala delectura en instrumentos anlogos permite interpolacin,usualmente decrece a medida que el rango crece. Se leconfunde con exactitud accuracy. En un instrumentodigital es el cambio en el ltimo dgito. Buena exactitudrequiere buena resolucin, deben ser compatibles
SENSIBILIDAD: La magnitud de la respuesta de untransductor a una entrada de determinada magnitud de lavariable que pretende medir (eje. mV/Kpa). Altasensibilidad no implica ni alta exactitud, ni alta precisin.
LINEARIDAD: Cuando el sistema de medicin respondeproporcionalmente a la magnitud de la variable medida.(%)
Conceptos y Definiciones en el contexto de un Programa
de Monitoreo (3)
HISTERESIS : Cuando el sistema de medicin cambiacclicamente con la magnitud de la variable medida (no sontiles cuando la variables medida cambia rpidamente, sepuede reportar como una desviacin)
RANGO: Lectura mas alta y mas baja que el instrumentodebe poder realizar; ordinariamente se especifica el valormas alto
RUIDO: Trmino que da cuenta de variaciones aleatorias delas mediciones causadas por factores externos, afectando laprecisin y la exactitud
ERROR : Diferencia entre un valor medido y el valorverdadero, matemticamente sera igual a la exactitud peroen principio tambin depende de la resolucin, as que:
EXACTITUD + RESOLUCION = ERROR POTENCIAL
y en la prctica de muchos otros factores
Exactitud 0,1%
Resolucin=1%
Error potencial, 0.1%+1,0=1,1%
Exactitud 1,0%
Resolucin= 0,1
Error potencial, 1,0%+0,1=1,1%
-
"BURDOS" Inexperiencia Cuidado
Malas lecturas y registros Entrenamiento
Proc. equivocado Duplicar (Redundancia)
SISTEMATICOS Deficiente Calibracin Calibracin previa
Histresis Recalibracin
No linearidad Protocolos lectura
CONFORMIDAD Defecto instalacin Seleccin Instrumentos
Lim. diseo Instrumento Req. Instalacin
AMBIENTALES Efectos del Clima Reg. cambios de clima
Corrosin Seleccin Instrumentos
Vibracin
OBSERVACION Cambios en el observador Entrenamiento
Automatizacin toma datos
MUESTREO Falta de representatividad Sitios Representativos
Duplicar (Redundancia)
ALEATORIOS Ruido Seleccin Instrumentos
Ambientales Duplicar (Redundancia)
LEY DE MURPHY Si algo puede fallar, sucederaNINGUNA
Bases para el xito de un Programa de Monitoreo
Planeacin - sistemtica y consistente con el tipo de proyecto
Participacin- comprometida de todas las partes involucradas en elproyecto con el objetivo de obtener datos confiables de manera
oportuna y correlacionables con actividades constructivas claves. En
situaciones particulares (problemas de estabilidad en reas urbana)
esto involucra a la comunidad
Liderazgo- en general la experiencia seala que el consultorgeotcnico responsable del diseo de un proyecto, debera ser quien
asuma el liderazgo en el manejo, crtica e interpretacin oportuna de la
informacin.
Orden - Debido a que en proyectos de complejidad la instalacin deinstrumentacin y eventualmente su seguimiento afecta la labor del
contratista, la gerencia de proyecto esta llamada a hacer las
coordinacin de las acciones e intervenciones requeridas para que la
gestin de seguimiento se adelante sin contratiempos y cumpla sus
objetivos
Estructura de una Instalacin Instrumental
Transductor
(sensor)
Dispositivo que
convierte un
cambio fsico (lo
que se quiere
observar) en una
seal de salida
Acceso/
Comunicacin
Sistema de Adquisicin
de Datos
Manual
Unidades porttiles
Sis. Automatizados , Telemetra
Hidrulicos - Manmetros
Neumticos - (Abiertos/Cerrados)
Elctricos- (resistividad,c. vibratil,
potencimetros, etc)
pticos/Electrnicos
Electromagnticos (TDR)
TIPO INSTRUMENTOS
Mecnicos/ deformmetros
micrmetros
MONITOREO DE PRESIONES Y FLUJOS DE
AGUA
-
Consideraciones Generales
Los parmetros usualmente medidos son presiones y caudales, sinembargo, en condiciones especiales o particulares son tambin parte
de los monitoreo del agua: la temperatura y la caracterizacin
sistemtica de sus propiedades fsico-qumicas (ctrl ambiental).
Los monitorios de agua en la medida de los posible deben sercontinuos y sistemticos y cubrir en la fase de estudio al menos un
ciclo hidrolgico completo.
Los monitoreos de presiones de agua se utilizan para: el control de laconstruccin de rellenos; hacer seguimiento a la estabilidad de taludes
(naturales, de corte y/o de dique y terraplenes), evaluar empujes sobre
estructuras de contencin; evaluacin de supresiones, control del
avance de los procesos de consolidacin. Entre tanto las mediciones
de flujo se utilizan en presas, excavaciones subterrneas y a cielo
abierto
Tipos de Piezmetros
ABIERTOS - CASAGRANDE
CERRADOS O HIDRAULICOS
DIAFRAGMA
NEUMTICOS
ELCTRICOS
RESISTIVIDAD
ALAMBRE VIBRATORIO
FIBRA OPTICA (FOP)
PIEZOMETRO CONTINUO - Masas de roca (Instalacin)
Pozos de Observacin y Piezmetros Abiertos o de
Casagrande
Sonda de
Registro
Freatmetro o pozo
de observacin
Piezmetro Abierto
Sello bentonitaCabeza
Piezomtrica
Nivel de Agua
Relleno
heterogeneo
Tapa
ventilacin
Nivel de Agua
Piedra
porosa
Piedra
porosa
lechada
cemento
Tapa
ventilacin
Instalacin Piezmetro Abierto
Arena gruesa
Tubo
piezmetro
Sello
bentonita
Pellets de
bentonita
Piedra
porosa
Lecho de
arena
Tubo
tremie
Bomba
lechada
-
Piezmetros Abiertos Practicas LocalesPiezmetro Cerrado o Hidrulico
Lechada
Sello de
bentonita
Arena
Gravillosa
Piedra Porosa
Tubos Plsticos con
agua deaireda
Manmetro
Vlvulas
wHPmPw
Pw
Pm
H
6 mSuperficie del Relleno
Nivel piezomtrico mnimo
Superficie
terreno natural
H
Mximo desnivel
Piezmetros de Diafragma - Esquema
EN SUPERFICIE
ENTERRADO
NEUMTICOELCTRICO
TAMBIEN PUEDE SER OPTICO
Piezmetro Neumtico Principio de Operacin
e Instalacin
Lechada
cemento
Caja de conexin a
unidad de lectura
Sello
bentonita
-
Transductor cerrado
lectura mientras el gas
fluye
Transductor Abierto o de
vlvula de cheque
Tranductor cerrado
lectura sin flujo de gas
Transductor cerrado
tres tubos lectura
mientras el gas fluye
Piezmetro Neumtico - Elementos
Unidad de lectura o
toma de datos portatil
Punta piezometrica
Cabeza de un Piezmetro de Cuerda Vibratil
Filtro
Diafragma
Unidad de Bobinas
Cuerda o Hilo
Fijador del Hilo
Anillos de aislamiento 0
)(4 2
0
22
0
0
ffEg
L
L
L
Principio del Indicador acstico de Andr Coyne (1931)
g
Lf
2
1 Calibracin y ajustes
por efectos de
temperatura y presin
Cabezas Piezmetricas de Hilo Vibratorio
-
Esquemas Piezmetros Elctrico de Resistencia
Pegado
No Pegado - Carlson
Piezmetro Elctrico Removible
Piezmetro de diafragma de FOP
Principio del Interfermetro de Fraby -Perot
Al cambiar su distancia
se produce una
interferencia en el rayo
de luz incidente y
reflejado, asociable al
cambio de dimensiones
de la cavidad que es
proporcional a la presin
actuante en el diafragma
Puntos de Fijacin
Cavidad de Fraby Perot
EspejosFibra ptica
Tubo capilar de vidrio
Piezmetro Multipunto con sondas movibles (Piezofor Francia)
Instalacin
membrana flexible e
insercin sonda
Bolsa de
Aire
INTALACION
INICIALTubo
perforado
con lechada
que se fisura
al fraguar
Agua
presurizada
mayores
presiones
que las
actuantes
Expulsin del
agua inflando la
bomba
Aislamiento del punto
de medicin inflando
empaque y
desinflando de la
bomba
Balanceo de la presin
externa con la presin
interna en la sonda
Presin
minitoreada con un
sistema
elctrico
-
Piezmetro Multipunto sin Uso de Lechos de Arena y Sellos
Tubo para la
inyeccin de lechada
de mortero bentonita
Conducto con los
conectores para la
unidad de registro
Eliminacin de los sellos de
aislamiento y de los lechos
de arenas para la cabezas.
Problemas potenciales
(i) Baja permeabilidad de
la lechada retraso
excesivo ? Suelos.
permeables
(ii) Permeabilidad de la
lechada permite
comunicacin vertical
?
Permeabilidad lechada 1 >10 Significativa Extensin
Alta,
movimiento
superficial o
profundo
B ,10 a 1,0 2 a 10 Regular
Extensin
con cambios
intermitentes
Lento
C 0,02 a 0,1 0,5 a 2 BajaExtensin y
contraccin
Debe ser
observado
D >0,1 ninguna Baja IrregularMovimientos
Locales
Monitoreo de Convergencia
Extensmetro de Cinta Cinta en serie con un micrmetro y un sistema para controlar y standarizar la tensin
Mediciones de convergencia en excavaciones abiertas (cerrado) y
subterrneas
Pernos anclados en la roca
Monitoreo de Convergencias Extensmetros de Cinta y Med. Opticas
Sistema de Control de Tensin Nematico
Objetivo Optico para
ser montado sobre
los pines de control
Instrumentacin Tneles - Buenavista
-
Medidores de agrietamiento elctricos
Medidores de Movimiento
en grietas y juntas
Monitoreo de Desplazamientos Verticales
Internos
PUNTOS DE OBSERVACION AISLADOS
Plataformas o platinas de asentamiento
Sistema de anclaje tipo Borros
Celdas de asentamiento hidrulicas
EXTENSOMETROS: instrumentos para medir cambios de
distancia o posicin entre puntos alineados sobre una misma lnea
(Hz, Vr o cualquier otra direccin), que en muchos casos esta
definida por una perforacin previamente realizada.
Extensmetros de cruceta - mecnicos
Extensmetros de sonda elctrica o magntica
SISTEMAS CONTINUOS Y MULTIPUNTO
Platinas de Asentamiento
Suelo Compresible
Suelo Firme Varilla anclada
Ctrl.
TopogrficoMed.
Directa
Friccion
negativa
Cruceta o
Anclaje Borros
Platinas de Asentamientos Sistemas Borros
-
DE UN SOLO PUNTO (Nivel de Manguera)
Celdas de Asentamiento HidrulicasCeldas de Asentamiento Hidrulicas (2)
DE UN SOLO PUNTO
Extensmetros Multipunto
Tipo Cruceta para Medicin de Asentamientos en Presas
CrucetasTubos
telescpicos
Sonda de Patas
Retractiles
Extensmetros Multipunto
de Sonda Electrica/Magntica para medicin de Asentamientos
Anillos
Sensores
Anillo Final
en Mat
firme
Relleno de
Lechada
Sonda Elctrica -
VoltajeSonda Magntica
Magnetos
tipo araa
fijados con
lechada
Tubos
telecpicos
Discos
Magnticos
embebidos
en el relleno
Magneto de
Referencia Final en
Mat firme
Tubo de inclinmetro
dentro del tubo
corrugado
-
Extensmetros de Sonda- AsentamientosExtensmetros Multipunto
Instalacin de los Magnetos
Manguera de
iny. lechada
Magneto
de
referencia
Magnetos
araa
aguaCaja proteccin
CELDAS DE ASENTAMIENTO HIDRALICA MULTIPUNTO
Control simultneo de asentamiento en sitios contiguos o
estructuras vecinas
CELDAS DE ASENTAMIENTO HIDRALICA -
CONTINUAS
TanqueCarretel
del cableSuministro de agua
Detalle del vertedero
vertedero
Tubo PVC
Piezmetro
uniones PVC
Juntas de expansin PVC
Cable para arrastrarlo Cable Conductor
-
Clinmetros de Superficie
Medir la inclinacin de taludes,
muros, estructuras de
contencin, uniaxiales o biaxiales
Calificacin Actividad con Clinmetros en Taludes (JRA)
Grado de
Riesgo
Variacin
Diaria (sec)
Variacin
Acumulada
(sec/mes)
Tendencia
acumulacin
en una
direccin
Correlacin
direccin e
inclinacin
movimiento
Actividad
A >5 >100Muy
SignificativaEvidente
Alta,
movimiento
superficial o
profundo
B 1 a 5 30 a 100 Significativa Evidente Lento
C
-
Situaciones de Empleo (2)Inclinmetros Elementos
Tubera Gua Inclinmetros - Importancia del Tubo Gua
La vida til de un inclinmetro depende ESENCIALMENTE del tubo gua, de sus condiciones de instalacin y calidad. El dispositivo se acaba si se obstruye, se rompe y/o punzona y se impide o dificulta el paso de la sonda
A mayor dimetro mejor
Deslizamientos con importantes desplazamientos dimetros de 3,5 plg
Estructuras nuevas o deslizamientos con desplazamientos moderados dimetros de 2,75 plg.
La calidad de las ranuras
Resistencia de los tubos [presin por la lechada de confinamiento, importante en instalaciones profundas]
Sellado de las juntas (ingreso de lechada - obstruccin)
Tipo de Juntas (uso para medir asentamientos con sondas mecnicas
Material de los tubos Plsticos por peso y facilidad de ensamble
-
Inclinmetros Detalles Inclinmetros Detalles (2)
Inclinmetros Principios de Operacin
-
Inclinmetro con control de enroscamiento
Control de Enroscamiento (respecto
de la parte superior del revestimiento
gua)
Inclinmetro de Tubo Deformmetro (Japn)
Inclinmetro de Tubo Deformmetro (2)(Japn) Calificacin Actividad con Inclinmetro de Deformmetro de Tubo (JRA)
Grado de
Riesgo
Variacin
Acumulada
(10-4/ mes)
Tendencia de la AcumulacinPosibilidad de
existencia de
S. falla
Actividad
Acumulativa Fluctuante
A >5000Muy
SignificativaAcumulativa Existe
Alta,
movimiento
superficial o
profundo
B >1000 Significativa Acumulativa Existe Lento
C >100 LigeraIntermitente,
retornoExiste
Debe ser
observado
D>1000 (corto
tiempo)Ninguna
Errtica,
retornoNinguna
Movimientos
Locales, no
deslizamiento
-
Monitoreo de Desplazamientos Horizontales InternosExtensmetros Simples y Multipunto
Cabezas Mecnicas
Deformmetro Mecnico
Encamisados
Lechada
Anclajes
Cabezas Elctricas
Extensmetros Multipunto
Varillas de fibra de vidrio
en fundas de nylon de
longitudes
predeterminadas
ancladas con lechada de
cemento a la roca
Deformmetros Elctricos
-
Medidores de deformacin y perno de
convergencia para colocacin de un objetivo
ptico, antes de colocar el concreto lanzado
Aproximacin al Control Integrado de Deformaciones y
Desplazamientos durante Construccin
(Contexto Mtodo de Observacin)
Desarrollo de la
construccin
Toma de
Datos (t. real) Del Desarrollo
Obra
Del Monitoreo
Almacenamiento y
Procesamiento de
datos
GIS- Grupos de
Datos
Actualizar
modelacin y
predicciones
Ajuste de los
diseos, planes
alternativos
Oficina
Terreno
Principio Bsico
Objeto Observado
(cualquier punto
en el terreno)
SCANNER
Fotocelda
Espejo Oscilante, Vr y Hz
Laser
ESCANEO EN 3-D - Apoyo al MonitoreoDesarrollo fsico y Evaluaciones Numricas en Tiempo Real
-
Escaneo 3D
Terreno Observado en
13 sesiones de scaner
Apoyo para Modelacin
La reflectometra en el Dominio del Tiempo TDR(Tcnica Geofsica)
PRINCIPIO BASICO: el seguimiento al viaje de un pulso electromagntico
a travs de un cable permite registrar los puntos de cambios de
impedancia por efectos de una interferencia (una rotura por ejemplo), al
generarse un pulso reflejado que puede ser recogido por un receptor; la
posicin del sitio se detecta a partir de la velocidad de propagacin del
pulso que es mas o menos constante (velocidad de la luz) y el tiempo
trascurrido. Si el extremo del cable esta bien terminado y no hay rupturas
no hay onda reflejada. Su uso se inicio para detectar roturas en cables
telefnicos.
Posteriormente la tcnica se ha extendido al campo de la fsico qumica,especficamente a la espectroscopia dielctrica, al permitir la TDR a
travs de la evaluacin de los cambios en las velocidades de las ondas
EM, controlados por los cambios en la constante dielctrica del medio lo
que permite la evaluacin de cambios de humedad y densidad de los
materiales.
Valor relacionado con la
impedancia del cable
Numero de eventos de
scaneo relacionados con la
longitud del cable
-
En la medida que el
cable se deforma
aparecen picos en
forma de la seal
ondulatoria
La magnitud de los
picos de reflexin en
el TDR es
proporcional a la
magnitud de la
deformacin
La reflectometra en el Dominio del Tiempo TDRTDR- Como un Geo-Nervio
MONITOREO DE PRESIONES DE TIERRA
-
Celdas de Presin de Tierras
Flexibles o de
Diafragma
Deflexin
continua mayor
en el centro
Celdas de Presin de Tierras
Rgidas
Registra la compresin axial
de un elemento prismtico
rgido de propiedades esf-def
conocidas.
Deflexin uniforme Encamisado aislante
Celdas de Presin de Tierras
Huecas
Hidrulicas
Elctricas
Celdas de Presin para Esfuerzos Radiales y
Tangenciales en Tneles
Tangencial
Radial
-
Celdas de Presin Inalmbricas Principios de Operacin de las Celdas Flexibles
NEUMTICA
TIPO GLOETZ
1-voluminosa
2- no lineal
3- prob.purgado
Principios de Operacin de las Celdas Flexibles (2)
Cuerda Vibratil
Deformmetros
Pegados
1- Respuesta Lineal
2- Rpida (c. dinmicas)
3-Susceptibles a la
humedad
1- Respuesta No
Lineal
2- Algo lentas
3-Durables
4- Prob. tempe
Celdas de Presin de
Tierras en un Muro
Convencional
-
Celdas de
Presin de Tierras
en un Muro
Anclado
Las Mediciones de las Celdas de Carga
Lo ideal seria tener una celda de iguales propiedades
esfuerzo-deformacin-tiempo del suelo en que ser
colocada, esto sin embargo es un imposible por la
complejidad de las propiedades reolgicas de los
suelos f (tipo de suelo, historia de esfuerzos, nivel de
esfuerzos normales y de corte, condiciones de borde y
drenaje y otros efectos ambientales) . En otras palabras
los problemas de conformidad de una celda de carga
pueden ser importantes y usualmente el esfuerzo
registrado no es en rigor el esfuerzo actuante y en
consecuencia debe ser corregido de manera
consistente para minimizar los problemas de
EXACTITUD Y CONFIABILIDAD
Las Mediciones de las Celdas de Carga
Calibrar las celdas en dos condiciones: en un fluido
(aire, agua, aceite, condiciones isotrpicas) y en el
suelo que se va a emplear usando cmaras triaxiales
grandes u odmetros. De este procedimiento resultan
dos factores de calibracin: el factor en fluido, Cf, y el
factor en suelo Cs. Los cuales representan el esfuerzo
registrado por la celda EN CADA SITUACION por
unidad de esfuerzo aplicado. En estos trminos cuando
una celda registra un valor esfuerzo X; se pueden
establecer dos valores de esfuerzo el esfuerzo normal
medido por la celda y el esfuerzo que
actuaria si esta estuviera colocada
en el suelo. La relacin entre las dos se conoce como la
RAZON DE REGISTRO, R.
fC CX /
sS CX /
Las Mediciones de las Celdas de Carga (2)
Si R > 1,0 SOBRE REGISTRO la celda mide mas que el esfuerzo que actua
Si R < 1,0 SUB REGISTRO la celda mide menos del esfuerzo que actua
R = F( muchos factores, adems de que la respuesta
en general de las celdas es no lineal)
-
Calibracin de las CeldasAspectos que Afectan las Mediciones de las Celdas (1)
Propiedades de la Celda y Su Geometria
Razn de Aspecto (T/D)
Rigidez Suelo Celda S
T/D< 0,20 D
T
d t
Relacin de Rigidez Suelo-Celda S
Ra
z
n d
e R
eg
istr
o,
R
3
3
*t
d
E
ES
celda
suelo
Aspectos que Afectan las Mediciones de las Celdas (2)
Propiedades de la Celda y Su Geometra
Rotacin de Esfuerzos Laterales (Askegaard)
sueloD
T)](9,14,1[70,0
Valores tericos
insercin elptica
infinitivamente rgida
Es
fue
rzo
No
rma
l e
n c
on
d.
Iso
tr
pic
a
Es
fue
rzo
No
rma
l e
n c
on
d.
Un
idim
en
sio
nal
Relacin de Poisson, Modulo de Deformacin del Suelo Es (psi)
Po
rcen
taje
de E
sfu
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o l
ate
ral
actu
an
do
no
rmal
a l
a c
eld
a
Razn de Aspecto T/D
Aspectos que Afectan las Mediciones de las Celdas (3)
Propiedades de la Celda y Su Geometria
Distribucin de Esfuerzos sobre la Celda
Concentracin de esfuerzos en la parte externa tiende a sobreregistrar
En materiales arenosos cerca de estados de falla igualmente se presenta sobreregistro
Deflexin del Diafragma o del Cilindro (arqueo) 000,5000,2
d
000,20
d
Flexibles
Rgidas
45,025,02
2
D
d
-
Aspectos que Afectan las Mediciones de las Celdas (4)
Propiedades de la Celda y Su Geometria
Sensibilidad a los esfuerzos trasversales
Alta sensibilidad
transversal
Muy baja
sensibilidad
transversal
Deformimetros
Aspectos que Afectan las Mediciones de las Celdas (5)
Propiedades de los Suelos
Condiciones de Esfuerzos en los que
deben calibrarse
Efectos de Colocacin
Efecto Bolsillo por las condiciones de
compactacin del suelo
que rodea la celda
En corte o superpuesta
Tamao de la Partcula vs Dimetro Celda
(punzonamiento)
501050
D
d
Ko
Isotrpica
Aspectos que Afectan las Mediciones de las Celdas (5)
Condiciones Ambientales
Humedad y Corrosin
Esfuerzos durante la Colocacin por equipos de compactacin Pueden llevar al dao y perdida del instrumento por sobreesfuerzo
Temperatura
Efecto de la temperatura en Celdas de Hilo Vibratil
con Aceite como Fluido (2)
Troy & Hagerty 2007
-
Efecto de la temperatura en Celdas de Hilo Vibratil
con Aceite como Fluido (3)
Troy & Hagerty 2007
Ca
mb
io d
e p
resi
n p
or
gra
do
F
Presin esttica de sobrecapa (psf)
Efecto de la temperatura en Celdas de Hilo Vibratil
con Aceite como Fluido (4)
Troy & Hagerty 2007
Presin terica de sobrecapa
Temperatura
Presin medida
Pre
sio
n M
ed
ida
(p
sf)
Fecha
Tem
pera
tura
Inte
rio
r su
elo
, F
Presin corregida
Disposicin Usual de las Celdas en Rellenos
Determinacin de
Esfuerzos principales
Relleno Zanja