Medición de Movimientos Superficiales

1.- ¿Qué instrumentos hay?

Estaciones totales: La estación total es una combinación entre un distanciómetro, un microprocesador y un teodolito electrónico.

Teodolitos electrónicos Distanciómetros Nivel Equipo complementario:

Estadales Bastones Prismas

*Todos los anteriores acompañados de un sistema de posicionamiento global por satélite. Ademas se utilizan bancos de referencia (BR) y testigos (los cuales se ubican mediante el uso de fotografías aéreas, ortofotos y las propiedades geométricas de la obra)

2.- ¿Para qué sirven?

Consiste en utilizar los procedimientos topográficos para conocer los movimientos que se manifiestan en la superficie de la obra. Los valores obtenidos se comparan con puntos fijos localizados fuera de la influencia de la obra misma.

El levantamiento que se realiza incluye cuatro tipos de mediciones:

Medición de desplazamientos horizontales Medición de desplazamientos verticales Medición de distancia entre testigos Medición mediante triangulación para el apoyo del control topográfico de la obra Colimación

Para obtener los desplazamientos horizontales:

Estaciones totales

Con ella se pueden realizar las mediciones electrónicas de distancias, transferir los datos a un procesador interno o externo, además tiene la capacidad de realizar múltiples tareas de medición, guardar datos y realizar cálculos en tiempo real.

Teodolito

Instrumento diseñado para medir ángulos horizontales y verticales, además de distancias. Los teodolitos se pueden dividir en función de la posición del ocular en concéntricos (los más usuales) y excéntricos; y en función del movimiento general lento, en repetidores o reiteradores.

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Estadales

Consisten en un conjunto de reglas de varios tamaños que sirven para medir distancias con los hilos estadimétricos del equipo y para realizar las nivelaciones trigonométricas o geométricas.

Bastones

Son tubos telescópicos de diferentes longitudes, que en el extremo inferior terminan en punta y en el otro tienen un adaptador para colocar el prisma con el cual se realizan las mediciones.

Prismas

Conjunto de espejos dispuestos de tal forma que permiten que el haz del láser incida en él y se refleje la señal hacia el equipo, ya sea el teodolito o la estació total, de esta forma se conoce la dista para obtener

Para obtener desplazamientos verticales

Nivel

También llamado nivel óptico o equialtímetro, diseñado para medir desniveles entre puntos que se encuentran a diferentes alturas; también se utiliza para pasar cotas de puntos conocidos hacia puntos desconocidos.

Tipos de monumentos

Testigos SuperficialesSon monumentos que se construyen sobre la obra a monitorear donde sean afectados por los movimientos tanto horizontales como verticales a que está sujeta la obra. Hay dos tipos de testigos superficiales: el testigo superficial para medir los movimientos horizontales (TSMH) y el testigo superficial para medir los movimientos verticales (TSMV).

Bancos de referenciaSon monumentos ubicados en lugares estables y firmes. Se utilizan como puntos de control ya que a partir de ellos se realizan las mediciones hacia los testigos superficiales. Se tiene dos tipos de bancos de referencia: los que son para el control horizontal (BRCH) y los bancos de referencia para control vertical, llamados propiamente bancos de nivel (BN). A partir del banco de referencia para control horizontal (BRCH) se efectúan las mediciones hacia los TSMH para conocer los movimientos horizontales, y a partir de los bancos de nivel (BN) se realizan las mediciones hacia los TSMV para conocer los movimientos verticales

3.- ¿Dónde se utilizan?

Normalmente se utilizan en:

Cortinas de presas

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Terraplenes Excavaciones Muros de contención Taludes Líneas de colimación

Estación Total

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Teodolitos

Distanciometros

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Niveles:

Uso de la Estación Total para medida de ángulos verticales y cenitales

Monumentos:

Testigo Superficial para Control de Movimiento Horizontal

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Testigo Superficial para Control de Movimiento Vertical:

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Testigo de Nivel Profundo para Control de Movimiento Vertical

Testigo de Nivel Somero para Control de Movimiento Vertical

(a) Banco de referencia para Control Horizontal; (b) Banco de Nivel Enlazado a la Red Geodésica Vertical

Medición de Movimientos Internos

1.- ¿Qué instrumentos hay?

Inclinómetros Verticales Verticales fijos Horizontales Horizontales fijos

Clinómetros Uniaxiales Biaxiales

Extensómetros

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(a) (b)

Externos Mecánicos Eléctricos

Internos Mecánicos Eléctricos

Deformómetros Mecánicos Magnéticos

Celdas de asentamiento

2.- ¿Para qué sirven?

Inclinómetros:

Son instrumentos muy versátiles y útiles para medir desplazamientos tanto verticales como horizontales de una masa de suelo o roca. El inclinómetro mide el cambio de pendiente de un ademe guía colocado dentro de un sondeo o en un relleno, mediante el paso de una sonda guiada o fija en su interior.

Clinómetro:

Es un equipo mecánico o eléctrico que se diseña para medir con precisión los cambios en la inclinación o rotación de un punto ubicado en tierra o en una estructura. Funciona bajo el principio gravitacional, o sea, que registra los movimientos de inclinación con respecto a un eje vertical.

Los uniaxiales miden la rotación en un plano vertical. Los biaxiales miden la rotación en dos planos verticales ortogonales.

Extensómetros:

Los extensómetros (extensometers) son instrumentos para medir el cambio de distancia entre dos puntos, cuya separación inicial se conoce.

Se colocan de manera externa o interna en todo tipo de estructura para determinar la magnitud de las deformaciones lineales, ya sean horizontales, verticales o con cualquier ángulo que se necesite.

a) Son externos cuando se instalan sobre una superficie al aire.b) Son internos cuando se instalan en el interior de una masa de suelo o roca.

A su vez, tanto los externos como los internos, se pueden subdividir en mecánicos y eléctricos. Los primeros requieren de la lectura directa de datos mediante micrómetros, indicadores de carátula, cintas, etc.; mientras que los segundos están provistos con algún tipo de transductor, como el potenciómetro lineal, el transformador diferencial variable lineal (LVDT), el transformador

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diferencial de corriente directa (DCDT), el de reluctancia variable (VRT), o el de cuerda vibrante (CV)

Deformómetros:

Los deformómetros son instrumentos para medir la deformación entre varios puntos de referencia a lo largo de un eje mediante una sonda (provista con algún tipo de transductor), que se desliza dentro de un tubo de acceso.

a) Deformómetro mecánico: en el deformómetro mecánico, los puntos de medición se identifican mecánicamente con el paso de la sonda de medición conocida como sonda USBR. Cuando se usa la sonda USBR, la tubería guía del inclinómetro se utiliza como de acceso, para que deslice la sonda a través de las ranuras, instaladas en forma telescópica.

b) Deformómetros magnéticos: Deformómetros con anillos magnéticos: La sonda se desliza al centro de la tubería de acceso y detecta los anillos sensores, se hace sonar un timbre hasta que el sonido sea más agudo y se toma la lectura. La profundidad se mide con una cinta graduada. El asentamiento se calcula mediante la resta de la profundidad medida con respecto a la profundidad inicial.

Deformómetros de placas y arañas magnéticas: comúnmente denominados deformómetros magnéticos, se diseñaron para medir asentamientos y expansiones de suelos blandos debido a cargas y descargas producidas por la construcción de terraplenes, rellenos o edificios.

Celda de asentamiento:

Es un instrumento muy sencillo y útil, que está diseñado para medir deformaciones verticales (asentamientos o expansiones) en un punto de interés. Las lecturas se realizan desde una caseta y es particularmente útil donde el acceso es difícil. Además, su instalación no interfiere con el proceso de construcción.

3.- ¿Dónde se utilizan?

Inclinómetros:

Para monitorear la estabilidad de terraplenes y taludes, se colocan generalmente alineados en secciones longitudinales paralelos a la corona y en secciones transversales aguas abajo, en laderas y taludes, en los vertedores, obras de toma, de excedencia y de desvío.

Clinómetro:

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Su aplicación es monitorear la inclinación en muros de retención, en zonas de deslizamiento o de hundimiento o en elementos con movimiento rotacional producto de un movimiento sísmico, incluyendo la condición de que se encuentren sumergidos.

Extensómetros:

a) Extensómetro externo de juntas y grietasEquipo que se emplea para obtener el cambio de distancia entre dos puntos sobre una superficie rocosa en las laderas, en juntas contractivas o en una estructura de concreto.

b) Extensómetro externo de convergenciaSe utilizan para medir el cambio de la distancia entre dos puntos en zonas cerradas, como túneles, excavaciones y galerías.

c) Extensómetros internos de placasLos extensómetros internos de placas se colocan en terraplenes (rellenos) para monitorear tanto deformaciones horizontales entre dos puntos como grietas en una masa de suelo.

d) Extensómetros internos de barrasLos extensómetros internos de barras se instalan en un barreno realizado en suelo o roca donde se tenga la presencia de discontinuidades.

Deformómetros:

Se utilizan principalmente en terraplenes y cimientos

Celda de asentamiento:

Se utilizan en asentamientos o expansiones en un punto de interés al interior de un terraplén.

Inclinometros:

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Componentes básicos y dimensiones típicas de un sistema de inclinometro

Detalle de anclaje de la tubería guía del inclinometro en su extremo inferior.

Principio de funcionamiento de un inclinometro vertical

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Detalle acoplamiento telescópico y tubo guía

Detalle Zapata de asentamientos

Componentes Inclinometro Horizontal

Principio de funcionamiento de un inclinometro horizontal

Clinómetros:

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Posiciones del clinómetro portátil para la toma de lecturas

Posiciones del clinómetro portátil para la toma de lecturas

Extensómetros:

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Ubicaciones propuestas para extensómetros de convergencia

Serie de extensómetros internos de placas en terraplenes unidos

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Deformómetros:

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Extensometro interno de placa colocado en serie dentro de un terraplén

Deformómetro mecánico con sonda USBR

Deformómetro con anillos magnéticos tipo Sondex

Componentes de una celda de asentamiento

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Ejemplo de colocación de una celda de asentamiento.

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Medición de Presiones Hidraulicas

1.- ¿Qué instrumentos hay?

Piezómetro abierto Piezómetro neumático Piezómetro eléctrico

2.- ¿Para qué sirven?

Piezómetro abierto:

Se utilizan para conocer la variación de las presiones de poro en las etapas de construcción de una obra donde el nivel del agua sea de importancia.

Las aplicaciones de los piezómetros se pueden agrupar en dos categorías:

Problemas relacionados con el flujo de agua Problemas de resistencia al esfuerzo cortante del suelo

En la primera categoría, se pueden mencionar las condiciones hidráulicas iniciales (antes de la construcción), la determinación de la magnitud y distribución de la presión de poro y de sus variaciones con el tiempo (patrón de flujo de agua), efectividad de drenes, pozos de alivio y pantallas impermeables. La segunda categoría se refiere a los problemas de la valoración de la resistencia al esfuerzo cortante: disipación de la presión de poro generada durante la construcción, disipación de la presión de poro durante la consolidación de la cimentación y materiales de relleno, así como el efecto de un vaciado rápido.

Piezómetro neumático:

Los piezómetros neumáticos se usan para medir las variaciones de la presión de poro que se presentan en una masa de suelo; y particularmente son muy útiles cuando se instalan en suelos de baja permeabilidad, ya que tienen la ventaja de responder con pequeños volúmenes de agua desplazados en el interior de la celda piezométrica; por ello se denominan de respuesta rápida. Este tipo de piezómetro permite medir la distribución de presiones de poro a lo largo de una vertical, si se coloca una serie de estos piezómetros a diferentes elevaciones; de igual manera puede conocerse la distribución de presiones a lo largo de una horizontal si se coloca una serie de piezómetros distribuidos a una misma elevación.

Piezómetro eléctrico:Su función es la misma que para los dos piezómetros anteriores.

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3.- ¿Dónde se utilizan?

Piezómetro abierto:

En obras hidráulicas formadas con rellenos artificiales o naturales, como cortinas de tierra y enrocamiento. Para la determinación de la magnitud y distribución de la presión de poro y de sus variaciones con el tiempo (patrón de flujo de agua), efectividad de drenes, pozos de alivio y pantallas impermeables.

Piezómetro neumático:

Son las mismas que el piezómetro neumático solo que son más útiles cuando se tratan de suelos con baja permeabilidad ya que tienen la ventaja de responder con pequeños volúmenes de agua.

Piezómetro eléctrico:

Los piezómetros eléctricos se pueden emplear en los mismos casos en los que se utilizan piezómetros abiertos tipo Casagrande, así como, en pozos de observación, e incluso para registrar el nivel de agua en canales vertedores de galerías de filtración o para conocer el nivel de agua de un río o de un embalse.

Tipos de Piezómetros

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Piezómetro abierto tipo Casagrande (instalación y detalle del bulbo)

Terraplén para protección de tubería de piezómetro abierto, instalado en núcleo impermeable

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Piezómetro Neumático (instalación y detalle del bulbo)

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Instalación piezómetro neumático en material impermeable

Piezómetro de Cuerda Vibrante (esquema y arreglo del transductor con sus accesorios)

Transductor de presión de cuerda vibrante

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Instalación tradicional de piezómetro de cuerda vibrante

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Medición de Presiones (Esfuerzos dentro de la masa de suelo)

1.- ¿Qué instrumentos hay?

Celdas de presión Celdas de presión de diafragma Celda de presión hidráulica

2.- ¿Para qué sirven?

Celdas de presión:

Se utilizan para la medición de los esfuerzos totales en una masa de suelo, debido a los procesos de construcción o excavación, la medición de los esfuerzos totales en la masa de suelo, es necesaria para calcular los esfuerzos efectivos y como consecuencia conocer la resistencia al esfuerzo cortante en el punto de medición.

3.- ¿Dónde se utilizan?

Celdas de presión:

Se utilizan en la construcción de terraplenes y cortinas de tierra y enrocamiento.

Esquema Celdas de Presión

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Celdas de Presión Tipo Diafragma e Hidráulica

Asiento de placa, tubo y transductor sobre una superficie compactada y plana

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Instalación de celda de presión en cavidad con arreglo horizontal e inclinado

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Instalación de celda de presión en cavidad en posición vertical

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