libro deslizamientos

8/20/2019 libro deslizamientos

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Capítulo 12

Instrumentación y Monitoreo

Figura 12.1 Estudio y monitoreo de deslizamientos.

La instrumentación tiene por objeto monitorearen el tiempo, el comportamiento de un talud o

un deslizamiento (Figura 12.1). La utilidad de lainstrumentación de campo, radica en la posibilidadde obtener información del comportamiento deltalud (con el tiempo) y medir algunos parámetrosgeotécnicos que controlan el mecanismo de falla.

Planeación del Programa de MonitoreoEl primer paso en la planeación de un programade instrumentación es determinar:

• Qué tipos de medición se requieren.

• Seleccionar el instrumento especíco que

mejor se adapte a las necesidades del talud

estudiado.

• Planear la localización, número y profundidadde la instrumentación.

• Escoger la metodología de lectura de lasmediciones.

• Tomar decisiones sobre el manejo y lapresentación de los datos obtenidos.

Roca meteorizada

N i v e l f

r e á t i c o

Investigacióngeológica

Recepción de laseñal del satelite

Satélite (GPS)

Nivel de aguasubterránea

Extensómetro

Medidor demovimientomulticapas decablePerforación

toma de muestras

Suelo residual

Medidor de esfuerzos ydeformación en sondeos

Inclinómetro

P o s t e m ó v i l

Superficie dedeslizamiento

Roca sana

Monitoreotopográfico

Clinómetro de burbuja

Piezómetro

N. F.

Suelo residual

B .M B .M

B .M

B .M

Planos geológicos y

geotécnicos

Fotografíasaéreas

Radar

Satélite (Radar)

DESLIZAMIENTOS: ANALISIS GEOTECNICO

JAIME SUAREZ

www.erosion.com.co


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498 DESLIZAMIENTOS - ANÁLISIS GEOTÉCNICO

Antes de diseñar el programa de monitoreo,se requiere tener claridad sobre las causasdel deslizamiento y los límites probables delmovimiento en cuanto a profundidad y extensiónen planta. Adicionalmente, se requiere conocer lageología, el sistema de lluvias, etc., lo cual equivale

a tener avanzado el estudio del deslizamiento, enun gran porcentaje.

Previamente a la instalación de los instrumentos,se deben haber planteado los probables mecanismosde falla. Lo que se pretende con un programa demonitoreo, es corroborar la validez o no, de lasteorías propuestas y la cuanticación de ciertos

parámetros y procesos.

Objetivos de la InstrumentaciónLas situaciones típicas en las cuales se requiere la

instrumentación, son las siguientes:

• Determinación de la profundidad y formade la supercie de falla en un deslizamiento

activo.

• Determinación de los movimientos laterales yverticales dentro de la masa deslizada.

• Determinación de la rata o velocidad dedeslizamiento y el establecimiento demecanismos de alarma.

• Monitoreo de la actividad de cortes orellenos e identicación de los efectos de una

determinada construcción.

• Monitoreo de los niveles de agua subterráneao presiones de poros y su correlación con laactividad del deslizamiento.

• Colocación de medidores y comunicación a un

sistema de alarma.• Monitoreo y evaluación de la efectividad de

los diferentes sistemas de estabilización ocontrol.

TIPOS DE INSTRUMENTO

Los instrumentos más comúnmente empleados enla investigación y monitoreo de deslizamiento, sonlos siguientes:

• Control topográco de puntos determinados.Se utiliza equipo estándar de topografía.

• Extensómetros superciales. Pueden ser

metálicos, de madera, eléctricos o plásticos.

• Inclinómetros. Miden la deformaciónhorizontal del suelo a profundidad.

Figura 12.2 Vigilancia del deslizamiento de Cucarachaen el Canal de Panamá con mediciones electro-ópticas(Reyes, 1996).

Figura 12.3 Medidor de verticalidad.

Puntos decontrol

Satélite

Estaciónmaestra

Medidor

250 mm

Placa devidrio

Cantos

Pilotillo

Pilotillodiámetro: 6.8 cmlong: 1.8 m

Base

PilotilloConcreto

40 cm50 cm

40 cm

50 cm

Burbuja


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499INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO

• Extensómetros. Ubicación de éstos en variospuntos de control a profundidad.

• Detectores de supercie de falla. Pueden

ser estacas de madera, cintas eléctricas oextensómetros.

• Monitores de vibración.

• Piezómetros. Miden el nivel de agua o lapresión de poros.

• TDR (Reectometría de ondas eléctricas).

Equipos Convencionales de TopografíaEl sistema más común de instrumentación, esel monitoreo topográco. Se pueden utilizar

equipos ópticos o electrónicos para determinar losmovimientos laterales y verticales de los taludes.Para ello, se colocan BMs en sitios estables y unaserie de puntos de medición en la zona deslizada(Figura 12.2).

Se puede realizar mediciones diarias empleandotubos que se insertan dentro del deslizamiento; deesta forma, se pueden medir las deformacionesrelativas, movimientos de grietas, etc.

Las medidas son relativas con referencia aun BM jo. Los movimientos absolutos de una

serie de puntos se pueden obtener repitiendo lasmediciones con determinados períodos de tiempo.Es muy importante que la medición sea precisa yes común que se presenten errores relacionados

con la precisión de los equipos y la calidad de losprocesos de medición. Para evitar errores, esimportante que las medidas se repitan siemprecon el mismo equipo y con los mismos topógrafos.

Adicionalmente, es importante asegurarse queel BM se encuentre sobre un área estable y en lo

posible, sobre aoramientos de roca.

GPS Diferencial (DGPS)El DGPS se está utilizando con frecuencia paramonitorear los movimientos superciales de

deslizamientos. Una estación base, en un sitioconocido, se utiliza para hacer las correcciones yrenamientos de una o varias estaciones móviles.

Todas las estaciones emplean el mismo sistemasatelital.

El DGPS relaciona observaciones a estaciones

móviles desconocidas, con observacionessimultáneas en la estación base conocida. Amedida que las señales son monitoreadas, loserrores pueden sugerir que la estación base se estámoviendo, pero lo que realmente está ocurriendo,son los movimientos de las estaciones móviles.Todas las mediciones se relacionan a la estaciónbase. Mientras la posición sea denida en forma

relativamente precisa, los otros movimientosinternos serán consistentes.

Un valor asumido de latitud y longitud puede

ser utilizado sin afectar la calidad de las medicionesinternas. En condiciones favorables, se consigueuna precisión mejor que un centímetro; sinembargo, la precisión de DGPS puede deteriorarseconsiderablemente donde la supercie del terreno

está cubierta de árboles o en épocas de condicionesclimáticas desfavorables.

Figura 12.4. Equipo sencillo, en madera, para medirlos desplazamientos (Japan Landslide Society, 1996).

Figura 12.5 Medidor de tira metálica (Dumnicliff,1988).

Cortado

Grieta

Deslizamiento

Direcciones de

movimiento

Tira metálica nocorrosiva

Líneas dereferencia

Platina base deregistro

Grieta enestructura


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Medidor Superfcial de InclinaciónLos medidores superciales de inclinación se

utilizan para determinar la rotación o la inclinaciónde un punto en la supercie del terreno. Su uso

más común es para monitorear movimientos detaludes en minas de cielo abierto, carreteras y

ferrocarriles (Mikkelsen, 1996).

Los medidores de inclinación utilizan sensoreselectrolíticos o servoacelerómetros. Los sensoreselectrolíticos tienen una mayor sensitividad, perolos servoacelerómetros tienen un mayor rango.

Medidor de VerticalidadLa medición de la verticalidad es útil paradeterminar la deformación de la cabeza y enocasiones, del pie del movimiento y de esta forma,evaluar la posibilidad de deformaciones futuras.

El equipo consiste de un nivel de agua capaz demedir las componentes NS y EW (Figura 12.3).

Extensómetros HorizontalesLos extensómetros permiten medir los movimientoshorizontales relativos y los cambios en la amplitudde las grietas. El extensómetro es utilizado paramedir el movimiento relativo comparando ladistancia entre dos puntos de una forma manual oautomática. Los extensómetros, generalmente, seinstalan a través del escarpe principal o a travésde las grietas, para determinar su movimiento.

Colocando una serie de extensómetrosinterconectados desde el escarpe principal hastala punta del deslizamiento, se puede determinaren forma clara, el movimiento de los bloquesindividuales dentro del movimiento general.

Las mediciones deben tener una precisión mínimade 0.2 mm y deben relacionarse con los datos delluvia diaria.

Detector de agrietamientos

Sirven para medir la ampliación de grietas oextensiones horizontales, con el transcurso deltiempo. En las rocas el cambio de espaciamientode las juntas se puede medir con este sistema.

Generalmente, se colocan dos guías mayores, omarcas, a lado y lado de la grieta y periódicamente,se toman medidas de su separación. Un sistemacomún es la colocación de unos elementos en

madera a ambos lados del movimiento, unidospor un elemento que permita la medición de lasdeformaciones (Figura 12.4). En ocasiones, seutiliza una placa de vidrio, la cual se rompe siocurre un movimiento.

Placas metálicas o plásticas

Se pueden emplear láminas plásticastransparentes montadas a lado y lado de la grieta,o placas metálicas. Un medidor sencillo consisteen una tira metálica que se puede deslizar sobreuna lámina en la cual se miden las deformaciones

(Figura 12.5). Los movimientos pueden medirseen tres direcciones; dos sobre la lámina y untercero que mide la separación entre la lámina yla tira metálica, es decir, la separación entre losdos elementos.

Medidores de grilla graduada

Los medidores de grilla graduada también seconocen como medidores calibrados y consisten endos láminas transparentes plásticas traslapadasuna a cada lado de la discontinuidad (Figura 12.6).Figura 12.6 Medidor de grilla graduada.

Figura 12.7 Diagrama de instalación de unextensómetro horizontal.

Extensómetro

Tubo PVC

Grietas

Estaca

Cable

1 0

1 0

1 0

2 0 m m

1 0

1 0

1 0

1 0

0

1 0

2 0 m m

1 0

1 0

2 0

Huecos delmontaje

Platina inferior congrilla graduada

Platina Superior conlíneas de cursor


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Figura 12.8 Medidores mecánicos de deformación(Dumnicliff, 1988).

Las láminas contienen una grilla, que permitedeterminar la posición de una lámina con respectoa la otra y medir los desplazamientos.

Medidores mecánicos de deformación

Los medidores mecánicos permiten medir los

movimientos, en forma precisa, entre dos puntosde anclaje. El sistema consiste en la colocación deuna varilla de madera, aluminio o acero; uno delos puntos se ja al sitio de anclaje y el otro puede

moverse como se indica en la guras 12.7 y 12.8.

Deformímetros eléctricos

Los deformímetros eléctricos permiten medicionesmuy precisas. Existen diferentes sistemas demedición eléctrica de deformaciones, los cualesgeneralmente utilizan transductores con precisiónentre 0.0025 y 0.01 milímetros.

Los deformímetros eléctricos son más costososque los mecánicos y su rango también es limitado,dependiendo del transductor eléctrico. Por otraparte, las lecturas pueden afectarse por cambiosde temperatura u otras condiciones ambientales(Figura 12.9).

Extensómetros VerticalesLos extensómetros verticales (o medidoresde deformación vertical) miden el aumento odisminución de la longitud de un cable que conecta

varios puntos anclados dentro de una perforacióny cuya distancia de separación, es conocidaaproximadamente. Generalmente, se colocanunos pesos para mantener la tensión en los cables.El fondo del cable debe estar en el suelo o en rocadura y estable (Figuras 12.10 y 12.11).

Los extensómetros verticales son muyútiles para determinar movimientos de lasupercie de falla cuando las deformaciones son

mayores de cinco centímetros, caso en el cual,los inclinómetros no se pueden utilizar por laimposibilidad de la entrada del equipo medidor,al tubo del inclinómetro. El sistema es simple ypermite mediciones frecuentes con facilidad.

Figura 12.9 Medidor eléctrico para deformaciones de grietas (Dumnicliff, 1988).

Junta de rótula

Barra de la extensión

Barra de desplazamiento

Transductor

Movimiento

Cable

Varilla de anclaje Varilla de anclaje

Discontinuidad

Extensómetromecánico de cable

movibleTe Cinta o cable

DiscontinuidadVarillas de anclaje con"T" roscada para el

extensómetro

Varillas de anclaje conperno soldado para

atar la cinta o alambre


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Generalmente, los desplazamientos medidos sonmenores que los reales, debido a la deformacióndel ducto y el cable (Corominas y otros, 2000).

Los extensómetros pueden ser sencillos omultipunto (Figura 12.12). La instalación de

éstos últimos es compleja y se requiere calibrarlas tensiones para una medición correcta. Elmovimiento relativo puede medirse en formamecánica o en forma eléctrica.

La mayoría de los extensómetros multipuntocontienen hasta 5 sensores. Éstos se encuentranconectados a un cable multi-conductor, el cualpermite las lecturas desde la supercie.

Tiras de CortanteLas tiras de cortante consisten en un circuito

eléctrico paralelo, hecho de resistores montadossobre una cinta frágil, la cual se coloca dentro deuna perforación. Las profundidades a las cualesse rompe la tira frágil, se miden determinando laresistencia eléctrica.

Los resistores se pueden colocar a intervalos quese requieran, pero son comunes los espaciamientoscada metro. El máximo número de resistoresaproximadamente es de 100 (Figura 12.13).

Figura 12.10 Extensómetro vertical sencillo para medirel desplazamiento de la supercie de falla (Corominas y

otros, 2000).

Figura 12.11 Esquema de la medición del desplazamiento, en la supercie de falla, donde se emplea un extensómetrovertical (Corominas y otros, 2000).

Superficie de falla

Cable extra

Almacenamiento

de datos

pared de la

perforación

Mortero

Contrapeso

Polea y potenciómetro

Peso

Hp

p

E

Hm

Ht

M

F

Hs

Hf

Zona de cortante

LoHt

Hp

Hm

Hp

LmpLmp

Dh

Dh

Dh

Dh

B B B B

M M

F F

Dv DvDh

Lbp

Hf

Hs

M

F

Empezando

situación

Fase 1: no hay

contacto entre lapared y el cable

Fase 2: hay

contacto entre lapared y el cable

en un punto

Fase 3: hay

contacto entre la

pared y el cable

en dos puntos


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Figura 12.12 Diagrama de un extensómetro multipunto(Abramson y otros 2002).

Figura 12.13 Esquema de las tiras de cortante y losextensómetros verticales (Dumnicliff, 1988).

Detectores de Superfcie de FallaLos indicadores de supercie de falla son

instrumentos para determinar la profundidad y/ola extensión de las zonas de cortante. Se puedenutilizar extensores muy sencillos y económicos oextensómetros más precisos y costosos.

Estacas profundas de madera

Consisten en estacas que se entierran en el suelo aprofundidades superiores de la supercie de falla.

Después de que se hayan presentado movimientos,se retira la estaca para determinar a quéprofundidad se presentó la rotura del elemento demadera. Este sistema, aunque es muy económico,puede resultar impreciso, debido a que es comúnque la madera se rompa durante la colocación o

la extracción.

Detector de tubo metálico

El detector de movimiento de tubo metálico es unsistema muy sencillo, que consiste en una varillade 25 mm de diámetro aproximadamente, la cualse inserta en un hueco de perforación. Tubosmetálicos de longitudes cada vez mayores se bajanpor la perforación hasta que la curvatura delsondeo no permita el paso del tubo.

Cabeza de

referencia

Perforación

Barra y tubo

protector

Medidor

Lechada

Medidor

Medidor

Medidor

Medidor

Medidor

h1

h2

h3

h4

h5

a) Tiras de cortante

b) Extensómetros verticales

A B C D

L AB

L AD

LCD

A

B

C

D

Zona decorte

Circuito eléctricoparalelo

Marcas

Cables atensión

Movimientomedido

L de corte

Plano decorte

Ancla

Movimientototal decorte

Unidad de lectura

Al dispositivode tensión

Ancla

L

Distancia L medida paradeterminar el

movimiento al corte


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Figura 12.15 Esquema de un inclinómetro (Hanna, 1985).

Figura 12.14 Monitoreo de deslizamientos utilizandoinclinómetros y piezómetros (Abramson y otros, 2002).

De esta forma, se puede detectar la supercie

de falla en un talud inestable. Utilizando tubosde diferentes longitudes se puede determinar lacurvatura del tubo en el sondeo.

LOS INCLINÓMETROS

El inclinómetro mide el cambio de inclinación deun tubo que se coloca en una perforación dentro deltalud y de esta manera, se calcula la distribuciónde los movimientos laterales (gura 12.14).

De esta manera, se puede determinar laprofundidad de la supercie de falla y la dirección

y magnitud de los desplazamientos.

Un sistema de inclinómetro está compuestopor cuatro componentes principales (Figura 12.15

a 12.18):

• Un tubo guía de plástico, acero o aluminio,

instalado dentro de una perforación. Estetubo tiene unas guías longitudinales paraorientar la unidad sensora. Generalmente,se utilizan diámetros de tubo entre 1.5 y 3.5pulgadas.

• Un sensor portátil montado sobre un sistema

de ruedas que se mueven sobre la guía del

tubo. El inclinómetro incorpora dos servo-acelerómetros con fuerzas balanceadas paramedir la inclinación del instrumento.

• Un cable de control que baja y sube el sensor

y transmite señales eléctricas a la superfcie. Generalmente, el cable está graduado para elcontrol supercial. El cable tiene un núcleo

de acero para minimizar las deformaciones;

Inclinómetro

Piezómetro

Sensor Superficie de

deslizamiento

Unidad de lectura

Cable

Sonda

Perforación

Acople

Revestimento

Relleno

Perforación

Revestimento

Ranuralongitudinal

Ruedas de guía

Perfil inicial

Intervalo de lectura

Desplazamiento total

Sonda


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los cables eléctricos se encuentran espaciadosalrededor y unidos al núcleo. La cubiertaexterior es de neopreno y permanece siempreexible. El cable tiene unas marcas para

medir profundidades. Estas medidas estánrelacionadas hasta la mitad de la altura del

torpedo. Supercialmente, el cable se manejacon una polea, que tiene unas tenazas parasostenerla. Se recomienda siempre, trabajarcon la polea para evitar el riesgo de que elcable pueda torcerse al sostenerlo.

• Un equipo de lectura en la superfcie (que sirve

de proveedor de energía) recibe las señales

eléctricas, presenta las lecturas y en ocasiones,

puede guardar y procesar los datos. El equipode lectura es compacto y está sellado contrala humedad. La memoria puede guardar

hasta 40 mediciones completas. La unidadtambién puede realizar chequeos y revalidarla información. En ocina, los datos del

inclinómetro se descargan en un computador.

Figura 12.16 Esquema del desplazamiento de uninclinómetro (Adaptado de Abramson y otros, 2002).

Figura 12.17 Detalles de la tubería del inclinómetro(Abramson y otros, 2002, Cornforth, 2005).

LecturaCablegraduado

Tubo del inclinómetro

Torpedo

Angulo de inclinación

Dirección del movimientodel suelo

Orientación original

del tubo

Tubo anclado en la parteinferior del movimiento

La inclinación se mide cada 50 cms para

calcular el movimiento

Superficie de falla

Fuera del acoplador

Cubierta delmarco

12" acoplador dealuminio

Remaches en elextremo delacoplador

Extremo delmarco

Punta de contactopara la prueba

Remaches en elextremo del marco

de aluminio

Remaches de1/4"

Empalme en elextremo del

marco

Tapon inferior de aluminio

3 " ± 3 "

±

Cubierta de aluminiocon los surcos

externos

Surcos paraalinear el sensor del inclinómetro

Cubiertaplástica de la

pared lisa

Espacio 6"

6" acoplador dealuminio

L o n g i t u d d e 5 "

a

1 0 " d e l m a r c o

Ranuras internaslongitudinales


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Figura 12.18 Sistema del inclinómetro (Cornforth, 2005).

Los instrumentos dieren de acuerdo con el tipo de

sensor utilizado, el cual da un nivel determinadode precisión. Generalmente, los inclinómetrospueden medir deformaciones de 1.3 a 2.5 mm,en una longitud de 33 metros, equivalente a unaprecisión 1:10.000.

Existe un tipo de inclinómetro conocido comoinclinómetro “in situ”, el cual emplea una seriede servo-acelerómetros o sensores electrolíticos;estos sensores tienen una mayor precisión ysuministran información continua con unaprecisión aproximada de 1:25.000.

Instalación del Tubo del InclinómetroLos tubos del inclinómetro se instalan comúnmenteen perforaciones que han sido previamentemuestreadas. El fondo del inclinómetro se suponejo y es la base para la medición de la deformación.Por esta razón, es necesario que la base del tuboesté perfectamente anclada.

La porción baja del ducto debe instalarse mínimotres metros por debajo de los sitios en los cuales seespera que el suelo sufra el desplazamiento lateral.Mikkelsen (1996) recomienda profundidades de 6metros en la zona estable para evitar la ocurrenciade errores. Se recomienda el anclaje en la roca silas condiciones geológicas lo permiten.

La idea es que la curva de deformación delinclinómetro muestre la diferencia entre la zonaprofunda que no se mueve y la que presentamovimiento (Figura 12.19). Los inclinómetros seinstalan en longitudes de 3 a 6 metros, unidos por

juntas; estas juntas generalmente son cementadaspara asegurar una conexión rme; sin embargo,cada unión representa una posible fuente deerror.

El espacio anular entre el tubo y la perforacióndebe ser perfectamente lleno con un sistema deinyección para asegurar que los movimientos delducto, reejen realmente los desplazamientos del

suelo. Como las juntas del inclinómetro estánselladas, es posible que el tubo tenga una tendenciaa otar. Si esto ocurre, es importante llenar el tubo

con agua limpia para evitar que ote. El sistemadel inclinómetro funciona en presencia del agua.

Para profundidades mayores de 10 metros serequiere un anclaje o rivete exterior en las juntas(entre las secciones del tubo) para evitar que lasuniones se suelten. Después de que el tubo llegaal fondo de la perforación, se deben alinear lasranuras de tal forma, que un par de ranuras seencuentren alineadas en la dirección anticipadadel movimiento.

Pared de laperforación

Relleno

Inclinómetro

Cable

Par de ruedas enranuras opuestas

Cubierta del inclinómetrocon ranuras internas

Desviaciónlateral

(L sen )

I n t e

r v a l o

d e

m e d i d

a ( L

)

Cubierta delinclinómetro


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Figura 12.19 Ejemplo de datos del inclinómetro(Cornforth, 2005).

La ranura que se encuentra, en dirección laderaabajo, se marca como A0 y la ranura opuesta, semarca como A180. Las otras dos ranuras se marcancomo B0 y B180, en la forma como se indica en lagura 12.20.

En el proceso de colocación de la lechada decemento en el exterior del tubo, se debe llenar de

agua el interior para evitar que pueda introducirseparte de la lechada dentro del tubo.

El propósito principal de la lechada exterior esrellenar todos los espacios entre el tubo y el suelopara asegurarse que el inclinómetro se encuentresoportado en la totalidad de su longitud. Serecomienda la utilización de la lechada de cementosin arena o grava, a n de garantizar que todos los

espacios sean ocupados y no se presenten vacíosentre el inclinómetro y el suelo.

Para mejorar la plasticidad de la mezcla sepuede agregar bentonita. La lechada debe sermás densa en los suelos duros y menos densa enlos suelos blandos, para evitar que la rigidez de lalechada afecte las mediciones.

Lectura del InclinómetroDespués de que el tubo del inclinómetro hasido instalado y la lechada se ha cementado, seintroduce el torpedo para vericar que no haya

obstrucciones dentro del tubo.

Figura 12.20 Designaciones de las ranuras y vectoresdel movimiento (Cornforth, 2005).

Para este propósito, se recomienda utilizar untorpedo falso, para evitar el riesgo de daño deltorpedo, aunque las obstrucciones no son comunes.Las mediciones iniciales son muy importantesporque todas las mediciones subsecuentes se basanen las primeras. Por esta razón, se recomienda

tomar inicialmente, dos o tres grupos de mediciónpara comprobar que la medición inicial es correctay así evitar errores posteriores.

El inclinómetro se coloca dentro del tubo con larueda superior en la ranura A0 y se baja hasta elfondo del inclinómetro. Inicialmente, debe dejarseel equipo en el fondo, durante 10 minutos, paraque se normalice con la temperatura del aguadentro del tubo; de esta forma evitar errores portemperatura. Se toma la lectura en el fondo yluego se registra cada 50 cms hacia arriba. En

cada profundidad, se anotan las lecturas en lasdirecciones A0 y B0.

Después de que el torpedo salga a la supercie,

se gira 180°, se profundiza hasta el fondo dela perforación y se obtienen las mediciones enlas direcciones A180 y B180. La suma de las dosmediciones debe ser cercana a 0.0, aunque sepresentan generalmente algunas diferencias.

Las mediciones, en un mismo sitio, deben realizarsesiempre con el mismo torpedo, el mismo cable y elmismo operador, a n de minimizar los errores de

manejo.

50

48

46

44

42

40

38

36

34

32

30

28

26

24

22

20

0 1

(b)(a)

x

Primer grupo delecturas

Segundo grupo de

lecturas

Coincidencia de primeray segunda lectura P

r o f u n d i d a d

Zona decortante

Segundo grupode lecturas

Movimiento lateral.

Ao

B180 Bo

A180

A+

A-

B- B+

Norte

Ao

0.2"

1.05"

D i r e

c c i ó n

d e l d e s l i z a m i e n t o

N 4 0 º E

Eje

Ranuras del inclinómetro

11º

Azimut 51º


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Cuidados que se deben tener en el proceso de

medición

Cornforth (2005), recomienda tener en cuenta los

siguientes cuidados:• El torpedo no debe golpearse contra supercies

duras para evitar que se dañen los sensores.Si accidentalmente se golpea el torpedo, éstedebe revisarse realizando las mediciones decomprobación.

• No permita que le entre humedad a lasconexiones eléctricas. Nunca deben conectarselos cables al torpedo, en presencia de lluvias ode humedad excesiva.

• El cable debe transportarse de forma que nose doble.

• El torpedo debe limpiarse, secarse y aceitarsesuavemente, antes de colocarlo en su caja.La caja debe colocarse sobre la silla de unvehículo y nunca sobre las áreas duras.

• Siga las recomendaciones para el cuidado ymantenimiento de los fabricantes.

Interpretación y Manejo de los DatosDebe tenerse muy claro para la interpretaciónde la información obtenida, que lo que mide elinclinómetro es la inclinación del tubo en diferentes

profundidades. Es importante que la perforaciónsea lo más vertical posible para que las medicionessean más precisas.

El segundo y demás grupos de mediciones secomparan con la medición inicial, suponiendosiempre que el fondo del tubo se encuentra ancladoen terreno estable. Posteriormente, en un programade computador se comparan las mediciones yse elabora un gráco de movimientos laterales

contra profundidad, en el plano de las ranuras.

Si las ranuras A se han alineado perfectamentecon la dirección principal del movimiento, semostrará todo el movimiento en el eje A y ningúnmovimiento en el eje B.

Normalmente, la información del inclinómetrose graca como deexión lateral en el eje A y en el

eje B. Se recomienda entonces, una exageraciónde escala de 120 entre la horizontal y la vertical,para permitir la interpretación fácilmente.

Figura 12.21 Ejemplo de datos de inclinómetro (Cornforth, 2005).

0

20

40

60

80-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

P r o f u n d i d a d

Eje A

0

20

40

60

80-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

Eje B


13/30


Algunos ingenieros gracan en escalas muy

exageradas (mayores a 120), con la idea equivocadade que el sistema muestra una mayor precisión.Las escalas exageradas, en la mayoría de los casos,se interpretan incorrectamente, debido a queaparecen gracados movimientos que no existen y

que pueden atribuirse a errores sistemáticos o demedición. Debe tenerse mucho cuidado de llegar aconclusiones interpretativas en forma rápida, conla primera lectura de los inclinómetros.

Se recomienda no efectuar conclusiones hastaque no se tengan varios grupos de mediciones yse tenga la seguridad de que los movimientos seestán presentando realmente, en la forma como semuestran y no correspondan a errores sistemáticoso de medición.

Aplicación de los Inclinómetros en unDeslizamientoLos inclinómetros son probablemente, laherramienta más útil y disponible para un analistade deslizamientos, siempre que sea económicamenteposible, deben colocarse inclinómetros.

Figura 12.22 Ejemplo de interpretación de información de un inclinómetro junto a una excavación (Abramson yotros, 2002).

Los inclinómetros permiten determinar lasiguiente información:

• La profundidad de los movimientos deldeslizamiento.

• La localización y forma de la supercie defalla.

• El espesor de la zona de corte, generalmente,tiene espesores entre 30 centímetros y 1.5metros, la cual se requiere medir especialmentepara el diseño de los pilotes al cortante, deesta manera, seleccionar muestras paraensayo de laboratorio y localización de otrostipos de instrumentación.

• La cantidad de desplazamiento, con relativa

precisión.

• La rata o velocidad del movimiento paraobtener factores estáticos de seguridad, paramedir la variación en rata con las lluvias y otroselementos, o para conrmar la efectividad de

una medida de mitigación o estabilización.

1160

1140

1120

1100

1080

1060

1040

1020

10002.0 1.0 1.0

20" 0" 20"

1"=20"

Nueva Superficie

Suelo original

7/23/918/6/91

8/27/9110/30/91

2/21/92

7/1/92

Excavación de la cresta completa

Excavación a 1040"

Después del portico rellenadoDespués de nueva reconformación

Lectura pasada

Escala última

Desplazamiento (Pulgadas)


14/30


• La dirección del movimiento. Esta direcciónpuede ser obvia en la mayoría de losdeslizamientos, pero no es fácil determinarcuando ocurren movimientos diferenciales,debido a los cambios de la supercie de falla u

obstrucciones en el sitio.

Los inclinómetros se utilizan principalmente paradetectar la supercie de falla (Figura 12.21) o

para detectar movimientos en las excavaciones(Figura 12.22).

Adicionalmente, se pueden instalar inclinómetrosdentro o junto a pilotes para medir la deexión de

éstos por acción de los deslizamientos. Este sistemade instalación permite determinar los momentosde exión a que están sometidos los pilotes. De

acuerdo con el objetivo y el comportamientoesperado de los movimientos, se localizan lasperforaciones de inclinómetro (Figura 12.23).

Uso de inclinómetros en perforaciones

inclinadas

Una técnica muy poco utilizada, pero de granutilidad, es la instalación de inclinómetrosinclinados para determinar la supercie de falla

en sitios de difícil acceso como se observa en lagura 12.24.

En la gura se muestran los inclinómetros con

un ángulo de 30° con la vertical, los cuales permitenobtener buena información sobre la supercie de

falla en varios puntos y a lo largo de ésta. Debetenerse en cuenta que la precisión de las medicionesdel inclinómetro, disminuye a medida que aumenta

la inclinación con la vertical, pero no se afecta laprecisión de la localización de la supercie de falla.

Errores SistemáticosSe debe tener cuidado al interpretar la informaciónobtenida en los inclinómetros. Uno de los erroresmás comunes es la utilización de una escalaexagerada (Figura 12.25). Del mismo modo, lamayoría de los equipos presentan un margen deerror en las mediciones de acuerdo con la precisiónde cada instrumento.

Figura 12.23 Localización de un inclinómetro enrelación con la supercie de falla (Abramson y otros,

2002).

Figura 12.24 Ejemplo de la colocación de inclinómetrospara determinar la localización de la supercie de falla

en los puntos de difícil acceso (Cornforth, 2005).

0 100 200

30º 30ºTalud de difícil

acceso


Inclinómetrosinclinados

Vía deacceso

Vía

Inclinómetro poco profundo a media altura

- Buena colocación para falla somera por el pie

Inclinómetro profundo en la cresta

Inclinómetro profundo a media altura

- Mala colocación para falla profunda

- Mala colocación para falla somera por el pie

- Buena colocación para falla profunda

- Buena colocación para falla somera

- Buena colocación para falla profunda


15/30


Se debe estar alerta ante la aparición de erroressistemáticos. Mikkelsen (2003), presenta unaexplicación detallada de los errores sistemáticos,la cual se resume a continuación.

Los errores sistemáticos más conocidos son los

siguientes:

• Error “Limpiaparabrisas” (“Bias Shift

Error”). Es el error sistemático más comúny ocurre con mucha frecuencia (Cornforth,2005). Este error puede reconocerse por elefecto limpiaparabrisas, en el cual la gráca

de desplazamiento se inclina linealmente conla vertical. La inclinación ocurre alrededorde un punto aparente de giro en la base delinclinómetro (Figura 12.26).

El sesgo corresponde a la lectura del torpedocuando se encuentra vertical. Aunque enel equipo (al salir de la fábrica) el error escercano a 0, el sesgo varía a lo largo de lavida del equipo y puede cambiar durantesu uso en el campo. En un torpedo con ceroerror, la lectura en la dirección A180 debeser numéricamente idéntica, pero de signoopuesto a la lectura en el eje A0 a la mismaprofundidad.

Los errores de sesgo pueden detectarse alencontrar las inconsistencias de las lecturasen campo. El cambio del error de sesgo ocurredentro de cada grupo de datos entre lecturasopuestas. Se recomienda que si el error desesgo excede a 20 unidades, el torpedo debeenviarse a la fábrica para reemplazar lossensores.

El error de “limpiaparabrisas” puede corregirseutilizando software de computador. Es másfácil corregirlo cuando el empotramientoen suelo estable es mayor pero es muydifícil corregirlo cuando están ocurriendomovimientos de reptación.

• Error de rotación. Este error ocurre cuandoel tubo del inclinómetro sufre una pequeñarotación del equipo hacia el plano inclinado(Figura 12.27). El error puede ocurrir para

giros de menos de un grado. La tolerancia delequipo es de ± 0.25°.

Figura 12.25 Efecto de la utilización de escalashorizontales muy exageradas (Cornforth, 2005).

0

80

20

40

60

80

0

20

0 0.1 0.2

0 1

40

60

0

20

0 1

40

60

80


Desplazamiento lateral

Inicial 10/28/87

5/2/91

5/2/91

5/17/01

a) Escala exagerada

b) Escala normal conerrores corregidos

c) Escala normal sinerrores corregidos


Desplazamiento lateral


16/30


Figura 12.26 Efecto de “limpia-parabrisas” debido al error de movimiento de sesgo diagonal (Cornforth, 2005).

El error puede detectarse conociendo queel inclinómetro se encuentra muy desviadorespecto a la vertical, gracando la desviación

acumulativa con respecto a la vertical y

observando que el gráco de desplazamientolateral en el otro plano, es similar (en forma)a la gráca de desviación acumulativa.

• Error de posicionamiento de la

profundidad. Este error es originado por lacolocación del sensor a diferentes niveles deprofundidad de la medición inicial. Puede sercausado por compresión o asentamiento deltubo, cambio del cable o errores del operador.Es un error es muy difícil de corregir.

Es muy importante que tanto la toma de datosde los inclinómetros como su interpretación, seanrealizados por personal con mucha experiencia yse puedan corregir los errores para realizar una

interpretación correcta.El escenario más común es cuando los

errores de “limpiaparabrisas” se reporten comomovimientos reales del terreno. Con frecuencia,en las primeras lecturas, se reportan movimientosque generan falsas alarmas. Al cabo del tiempo,se concluye que los movimientos, eran erroreslimpiaparabrisas del equipo. Otra fuente de malainterpretación es el ploteo de las grácas con

escalas muy exageradas.

140

120

100

80

60

40

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

140

120

100

80

60

40

20

0

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

20

0

Eje A Eje A

b)

Lectura Inicial : 1/15/91

a) Datos no corregidosb) Datos corregidos

1/22/91 3/18/91

6/10/96 5/11/994/27/024/29/94


a)


Si el inclinómetro muestra un giroalrededor del fondo hay un error en el

equipo


17/30


Figura 12.27 Ejemplo del error de rotación y su corrección (Milkkelsen, 2003).

Inclinómetros FijosUn inclinómetro jo consiste en la colocación de

una serie de sensores similares a los torpedosde un inclinómetro dentro de un tubo a variasprofundidades jas (Figura 12.28). Aunque este

sistema de instrumentación es muy costoso, tiene

varias ventajas entre las cuales se indican lassiguientes (Cornforth, 2005):

• Las ruedas del torpedo permanecen siemprea la misma profundidad exacta.

• La posición de los sensores no cambia con eltiempo.

• No existen problemas de cambio detemperatura.

• Se puede monitorear en forma permanente ycontinua.

• Funcionan como un sistema de alarmainmediata de acuerdo con la actividad delmovimiento.

Antes de instalar un inclinómetro jo,

generalmente, se realizan mediciones con uninclinómetro estándar y después de que sedeterminan las profundidades y características delos movimientos, se procede a colocar los sensoresde los inclinómetros jos en ciertos puntos

determinados donde se desee monitorear.

Algunas referencias de inclinómetros jos

son mucho más precisas que los inclinómetrosnormales. Los inclinómetros jos pueden retirarse

ocasionalmente, para realizar otras medicioneso para conrmar la información que se está

obteniendo.

La principal limitación de los inclinómetrosjos es su costo y adicionalmente, la probabilidad

de pérdida o daño de los equipos si los movimientosson muy fuertes o si la zona de cortante o superciede falla es muy delgada. Estos inclinómetros sonmuy poco utilizados en los proyectos normales deingeniería.

900 20 40 60 80 100 0 1000 2000 3000 4000 5000 0

900 20 40 60 80 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

10

0

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

30

20

10

0

90

80

70

60

50

40

30

Eje A Eje B EjeA

P r o f u n d i d a d ( m )

Desplazamiento acumulado (mm) Desviación acumulada (mm) Desplazamiento acumuladocorregido (mm)

2/1/922/1/92

2/1/922/1/92

Prueba 1

(referencia)

Prueba 2

Prueba 3

a) C)

Prueba 2

Prueba 3

Corrección dela Rotaciòn0.018

(1.03 deg)Y 0.008

(0.46 deg)2/1/92



b)


18/30


REFLECTOMETRIA (TDR)

En el sistema TDR se coloca un cable coaxial dentrodel deslizamiento y se ensaya el cable enviandopulsos de voltaje en forma de ondas, las cualesse reejan. La medición de la reexión permite

identicar roturas o esfuerzos en el cable.

El sistema TDR requiere de medicionespara determinar las condiciones del cable através del tiempo. El movimiento del terrenodeforma el cable y cambia la impedancia deéste. El cambio en la impedancia puede sermonitoreado para localizar la supercie de falla y

los movimientos del terreno como se indica en lagura 12.29. Los cables coaxiales que se utilizan

(Figura 12.30) en el sistema TDR tienen unaimpedancia característica, determinada por el

espesor y el tipo de material aislante.

Figura 12.28 Sensores de inclinómetros jos (SlopeIndicator Co).

Figura 12.29 Esquema del sistema TDR (Abramson yotros, 2002).

El material aislante puede ser hecho de cualquiermaterial no conductor como PVC, teón, o aire. Si

el cable se deforma, la distancia entre el conductor

interno y el externo cambia y por lo tanto, cambiala impedancia en ese punto. El medidor de TDRdetermina la localización de las deformaciones a lolargo del cable.

El sistema TDR es utilizado con frecuenciaen los Estados Unidos y especialmente, por elDepartamento de Carreteras de California (Kaney Beck, 1996). El sistema TDR tiene una grancantidad de ventajas sobre los inclinómetros.Generalmente es más económico, las medicionesson más rápidas y más sencillas.

Entre las desventajas del sistema TDR seencuentra que no es posible determinar la direccióny la magnitud de los movimientos; sin embargo, latecnología del sistema podría mejorar en el futuro(Tsang y England, 1995).

PIEZÓMETROS

La presión de poros se puede monitorear utilizandoexcavaciones de observación o piezómetros, loscuales pueden ser de tubo abierto, neumáticos

o de cable vibratorio. El tipo de piezómetro aseleccionar para cada estudio especíco dependede las características de funcionamiento delpiezómetro y de su precisión.

Observaciones en Apiques oExcavacionesEste es el método más simple, pero requiere deun tiempo signicativo después de realizada la

excavación y antes de tomar la medida, parapermitir que el nivel de agua logre equilibrarse.

Medidor de la deformaciónen el cable

Probador del cable

Cable

Superficie deldeslizamiento

Longitud entrepivotes

Pivote

Cable deseñal

Tubo de la extensióndel calibrador

Pared delinclinómetro

Sensor

Ruedas

Sensor


19/30


Figura 12.30 Esquema de cable coaxial del sistemaTDR.

Figura 12.31 Piezómetros sencillos de cabeza abierta.

Sondeo AbiertoConsiste en perforaciones abiertas en las cuales secoloca un tubo perforado en su base (Figuras 12.31y 12.32) o tubos que se hincan a presión y luego seextraen ligeramente.

La profundidad del nivel de agua se puede medirpor medio de un cable y un elemento detector (quebien puede ser un medidor eléctrico o un simpleobjeto metálico). Una cubierta de protecciónimpide la entrada del agua lluvia.

Tapa para hincar piezómetro

Acero galvanizado

Se hinca a presióny luego se extrae2 cm para que sesuelte la tuerca

Tuerca suelta paraprotección enhincado

Tubo PVC

Sello de arcilla

Excavación de 11/4con muestrador detubo partido

Tubo PVC 1" Abierto en el fondo

Grava o arena

a) Colocado a presiónKeaton y Degraff ( 1996)

b) En sondeo SPT.

Suárez ( 1996)

Casquillo conrespiradero

Sello superficial

Arena gruesa

lavada o grava finalimpia

Nivel freático

Diámetro típico deperforación 2pulgadas.Ninguna tuberíamás larga que losacopladores desubida

Tubería plástica ode acero bienranurada

Longitud típica de2 pies

Columna dealimentación

Relleno especialde sellado

Sello de bentonita

(Generalmenteperdigonescomprimidos)

Espacio para

medidor

Arena

b) Tubo abierto con ranuras

verticales

d) Esquema Casagrande

Ranurada

Conductor Interno

Conductor ExternoDieléctrico

Sobre cubierta

protectora


20/30


Si el sondeo abierto se encuentra en una formaciónde suelo homogéneo con solo un nivel de aguapresente, este sistema es válido para obtener

información de las variaciones del nivel freático.

Su precisión generalmente es buena, pero comola perforación tiene comunicación con todos losestratos, no se puede especicar la presión del

agua en un sitio determinado. El nivel del aguaque se obtiene, corresponde a la cabeza de presiónen la zona más permeable y esto puede prestarsepara errores en el análisis.

Piezómetro de Cabeza AbiertaUno de estos piezómetros es el tipo Casagrande

(Figura 12.33), que es muy similar al tubo abiertocon un ltro y con la colocación de sellos de

Bentonita, permite especicar el sitio de la lectura,

eliminando el factor de error ya descrito.

Generalmente, se coloca un ltro o un elemento

poroso, para determinar el sitio especíco de la

medición. La versión original del piezómetro deCasagrande, consiste en un cilindro poroso decerámica unido con un manguito de caucho que seencuentra conectado a un tubo plástico.

Los piezómetros modernos consisten en unelemento poroso de polietileno de alta densidadunido a un tubo de PVC o ABS. Los piezómetros decabeza abierta son considerados por los ingenieros,como los más conables.

Algunas de las ventajas de los piezómetros decabeza abierta son los siguientes (Abramson yotros, 2002):

• Son simples y fáciles de interpretar.

• Su durabilidad y permanencia en el tiempo esmuy buena.

• Son fáciles de mantener.

• Se pueden utilizar unidades de medidaportátiles.

• Se puede muestrear el agua freática.

• Se pueden utilizar para medir la permeabilidaddel suelo.

Figura 12.32 Piezómetros de cabeza abierta (Cornforth, 2005).

Respiradero

Superficie del suelo

Tapón de concreto

Cubierta bloqueable

Monumento

Superficie del suelo

Paquete de arena

Sello de bentonita

Tubería con aberturas ranuradas de0.01 pulgadas

Lechada deCemento-Bentonita

Tapa de la tubería

Típicamente

1.00 m

Típicamente1.50 m

Mínimo1.00 m

Lechada deCemento-Bentonita

Punta porosa

Sello de bentonita

Paquete de arena(Tamices ASTM # 20 - # 40)

Tubo (PVC)


21/30


Entre las limitaciones de los piezómetros de cabezaabierta se puede mencionar que son de respuestalenta con el tiempo (Figura 12.34) y que los ltros

pueden taparse con la entrada repetida de agua; sinembargo, la limitación más importante es que nopermiten medir los niveles pico de presión durante

tormentas cuando los piezómetros se encuentraninstalados en arcillas (Cornforth, 2005).

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

Piezómetros NeumáticosEste piezómetro consiste en una punta porosaunida a una válvula o diafragma muy sensitivoque es accionado por gases o uidos y se requiere

una unidad de lectura exterior, la cual produce unapresión dentro del sistema interno del piezómetrohasta igualar la presión en la cavidad del mismo(Figura 12.35). La precisión depende del equipode medición.

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

Figura 12.33 Esquema general del piezómetro deCasagrande y piezómetro neumático.

Figura 12.34 Tiempo de respuesta de un piezómetro de cabeza abierta embebido en un suelo homogéneo e isotrópico(Cornforth, 2005).

Tapa removible

Arena

Sello

Arena de Ottawa

Tubo perforado

Tapón PVC

Manómetro

Relleno

Sello

Cuerpo sensor

b) Piezómetro

neumático

a) Piezómetro de

Casagrande

HorasDías

Semanas

1 2 5 101520 2 4 2 5 10 20 3010

10

10

10

10

-4

-5

-6

-7

-8

C o e f i c i e n t e d

e p e r m e a b i l i d a d ( k c m /

s e g )

r = 9 9 %

, d = 2 p u l g

r = 9 9 %

, d = 1 p u l g

r = 9 0 %

, d = 1 p u

l g

LD

h1

Tiempo t0

Tiempo t1

h0d

kv =kh

Nivel de

Equilibriode Agua

Subterránea

r = ( h0 - h1 h0 )*100


22/30


Entre las ventajas de los piezómetros neumáticosse encuentran las siguientes:

• Son muy precisos al requerirse sólo pequeñoscambios 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 piezómetrosneumáticos se menciona la dicultad para

desairear el sistema poroso y la facilidad conque se puede tapar con partículas del suelo. Ladurabilidad en el tiempo es muy inferior a lospiezómetros de cabeza abierta; otra limitante delos piezómetros neumáticos es que no son prácticospara las mediciones automáticas.

Piezómetros de Hilo VibrátilConsisten en un diafragma metálico que separala presión del agua del sistema de medida. Uncable tensionado está unido al punto central de undiafragma metálico. Las deexiones del diafragma

ocasionan cambios en la tensión del cable, la cuales medida y convertida en presión (Figura 12.36).

La utilización de piezómetros de hilovibrátil origina, con frecuencia, errores por elcomportamiento del piezómetro a través del tiempo(Abramson y otros, 2002). Son muy comunes losproblemas de corrosión por falta de hermeticidadde la cavidad sellada.

Figura 12.35 Principio de operación de un piezómetro neumático (Slope Indicator Co.).

Figura 12.36 Vista en sección del sensor de unpiezómetro de hilo vibrátil (Cornforth, 2005).

Otra dicultad relativamente común de los

piezómetros de hilo vibrátil, es la deformación o“creep” a largo plazo, lo cual modica la tensión del

cable y la precisión de las medidas. Igualmente,el sensor es susceptible a daños por la acción delos rayos durante las tormentas eléctricas. Elcable metálico enterrado en el piso, actúa como unelemento que atrae los rayos.

Entre las ventajas del piezómetro de hilovibrátil se encuentra la facilidad de lecturay la poca interferencia para la colocación derellenos. Igualmente, puede utilizarse para medirpresiones negativas de agua. El principal usode los piezómetros de hilo vibrátil, se relacionacon la facilidad para incorporarlos a los sistemasautomáticos de adquisición de datos y la posibilidadde transmitirlos a grandes distancias.

TensiómetrosLos tensiómetros miden la presión de poros negativaen materiales no saturados y generalmente, soncapaces de medir presiones desde cero hastamenos una atmósfera (Abramson, 1996).

Presión deagua

Diafragma

Medidor depresión

Tubo deentrada

Tubo deretorno

Tubo deentrada

Tubo deretorno

Tubo deentrada

Tubo deretorno

La presión del agua mantieneel tubo de retorno cerrado

Se inyecta gas para deflectar

el diafragma y se abre el tubo

de retorno

Cuando la presión se iguala se

cierra el tubo y se toma la lectura

Medidor depresión

Medidor depresión

Cable vibrador

Filtro

Diaf ragma

Cubierta de aceroinoxidable

Conductor de (4)cables

Bobinas Sello interno


23/30


El instrumento tiene una piedra porosa de entradade aire en un extremo de un tubo metálico llenode agua. Una válvula de vacíos se coloca al otroextremo del tubo. Cuando la punta porosa estáen contacto con el suelo, existe una tendencia delagua a salir del tubo y entrar al suelo. El potencial

de salida de agua del tubo es una medida de lasucción o presión negativa (Figura 12.37).

Típicamente, un tensiómetro es instalado conla punta porosa a la profundidad de medida y elresto del tensiómetro queda sobre la supercie del

terreno, pero en ocasiones, los tensiómetros sonenterrados dentro del suelo (Figura 12.38).

Se requiere un mantenimiento permanentede los tensiómetros, especialmente durante losperiodos secos en los cuales la entrada de aire

produce difusión a través del agua.

Este aire debe ser removido para asegurarse quela presión medida por el transductor representa lapresión real de poros en el suelo y no la presióndel aire dentro del tubo (Gasmo, J.M., 1997). Para

medir la succión del suelo más allá del rango de lostensiómetros, se puede utilizar los sicómetros; noobstante, la precisión de los sicómetros es dudosa(Abramson y otros, 2002).

Piezómetro de “Baldes”Las variaciones estacionales o temporales delnivel freático pueden medirse utilizando lospiezómetros de baldes, los cuales consisten en unpiezómetro de cabeza abierta donde (durante untiempo especíco) se coloca un hilo con una serie

de baldes o recipientes a varias profundidades, conel objeto de determinar las alturas de los cambiosrepentinos estacionales del nivel de agua.

Este sistema requiere una programación de lasfechas de colocación y retiro, para la medición delsistema de baldes.

Instalación de PiezómetrosEl método típico de instalación de un piezómetroes dentro de una perforación vertical. La puntadel piezómetro debe colocarse dentro de una bolsade arena en la zona especíca donde se deseamedir la presión de poros.

La longitud de esta bolsa debe ser mayorque cuatro veces el diámetro de la perforación ypreferiblemente, no mayor de 30 centímetros. Serecomienda utilizar arena lavada con tamaño departículas entre 0.2 y 1.2 milímetros; sin embargo,es importante comprobar que el material cumplerequisitos de ltro para el suelo del sitio.

Figura 12.37 Detalles internos de los piezómetros.

Tubo de entrada

Tubo de salida

Relleno

Sello de bentonita

Arena

Cuerpo del sensor

Diafragma flexible

Piedra porosa

a) De diafragma

Tubo de entrada

Tubo de salida

Relleno

Sello de bentonita

Arena

Cuerpo del sensor

Valvula cheque

Tubo en acordeono diafragma

Piedra porosa

Relleno

Sello de bentonita

b) De valvula y

resortec) De alambre

vibratorio

Alambre paratransmitir señal

Controlador defrecuencia

Alambre vibratorio

Cuerpo del sensor

Diafragma

Piedra porosa

Bobinay magneto


24/30


Generalmente, se utiliza bentonita como sello porencima de la bolsa de ltro y si el piezómetro no se

instala en el fondo del sondeo, debe colocarse unsello de bentonita por debajo de la bolsa de ltro.

La longitud del sello de bentonita es típicamentede 30 a 50 centímetros de longitud, aunque en

ocasiones, se preere longitudes mayores.

La longitud restante del sondeo, generalmente,se rellena con una lechada de cemento y bentonita.Una vez instalado el piezómetro, es muy importanteconstruir una caja supercial para la inspección,

la cual debe tener un sistema de seguridad tipocerradura.

Los piezómetros deben validarse realizandoensayos de cabeza variable, midiendo ycomprobando las presiones siempre que seaposible. El éxito de un piezómetro depende, enbuena parte, del proceso de instalación.

Debe tenerse en cuenta que es muy importantedesairear y saturar el elemento poroso antes dela instalación. Igualmente, se debe tener muchocuidado con los sellos de impermeabilización.No es recomendable la instalación de másde un piezómetro en un mismo sondeo(Abramson y otros, 2002). El uso de los Piezómetros en el Estudio

de los Deslizamientos

Los piezómetros generalmente se instalan comoparte de las investigaciones del sitio y en ocasiones,antes de que se tenga información sobre lalocalización de la supercie de falla; sin embargo,

es muy importante que la punta de los piezómetrosse encuentre muy cerca o en la supercie de falla.

Igualmente, es importante que se puedan medirlas presiones del agua subterránea durante largosperiodos de tiempo.

La instalación ideal es que la bolsa de arenaentre a la zona de cortante en tal forma que la

presión en la arena, reeje la presión del agua enla supercie de falla. El sensor propiamente dicho,

debe estar por encima de la supercie 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 serdestruídos al moverse la masa activa. Igualmente,si el piezómetro se introduce en la roca o sueloduro, o muy profundo, las presiones de poros songeneralmente menores que las del deslizamiento.

Figura 12.38 Esquema de un tensiómetro (Bresani,1997).

Figura 12.39 Efecto de la posición del sensor delpiezómetro para medir la presión de agua en la supercie

de falla.

13

1

2h2 h1

Nivel real de aguasubterránea en el

talud (Línea de Flujo)

Líneasequipotenciales


Roca de fondo

Se asume elflujo paralelo ala superficie

Superficie de falla

Más impermeableque el suelosuperficial

Más permeable

(1)Cabezavertical

(2)Nivelcolgado

(1)Cabezavertical

(3) Aguaartesiana

Artesiano

(4)Niveldeprimidoen la roca

Flujo artesiano

Sello de caucho

Mercurio

Superficie de terreno

Tubo PVC

Piedra porosa

d

h

r


25/30


Si el sensor se encuentra muy supercial, las

mediciones de presión de aguas pueden serincorrectas; incluso, pueden ser mayores que lapresión en la supercie de movimiento, como se

muestra en la gura 12.39.

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

Confabilidad de los Resultados de las

Mediciones PiezométricasCon frecuencia, los piezómetros no funcionancorrectamente y esto se aplica tanto a lospiezómetros de cabeza abierta como a losneumáticos y los de hilo vibrátil.

Los principales problemas son los siguientes:

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

• Que la medida nunca cambieindependientemente de las lluvias o laestación climática.

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

Es importante revisar la posibilidad de que laslecturas no sean conables y corregir el problema

colocando nuevos piezómetros o eliminando la

Figura 12.40 Mediciones continuas de inclinómetrosjos, colocados en una supercie de falla de un

deslizamiento profundo y medición de las lluvias durantela construcción de una excavación (Cornforth, 2005).

Figura 12.41 Representación esquemática de un sistema de alarma (Clark y otros, 1996).

lectura de los que se encuentren funcionando enforma incorrecta; no obstante, es común que no sea

posible detectar la causa del mal funcionamientode los piezómetros. En los piezómetros neumáticoses muy importante desairear los ductos para evitarerrores en las lecturas.

Niveles horizontales y verticales de burbuja

Medidor deinclinación

PC principal

Teléfonos

Remoto

AlarmaCable

Inclinómetro

Piezómetro

0

1

2

3

Feb18Feb25 Mar4 Mar11Mar18Mar 25 Abr 1 Abr 8 Abr 15

19959

3

5678

4

a)

Eje B

b)

012

Excavación terminada

D e s p l a z a m i e

n t o s o b r e e l p l a n o d e

c o r t e d e u n d

e s l i z a m i e n t o p r o f u n d o

P r e c i p i t a c i ó n a c u m u l a t i v a

Eje A


26/30


Figura 12.42 Detalle de tres procedimientos diferentes para determinar la supercie de falla en un deslizamiento.

Sistemas de Adquisición Automática deDatosLos piezómetros, los inclinómetros jos y otros

sistemas de instrumentación de deslizamientos,pueden monitorearse con sistemas automáticosde adquisición de datos (Figura 12.40). De estaforma, se puede realizar un monitoreo continuoen el tiempo, lo cual permite medir ascensosmomentáneos de niveles de agua y correlacionarloscon las lluvias.

Los deslizamientos profundos se puedenmonitorear con inclinómetros jos colocados en la

supercie de falla y así detectar los movimientos

aunque sean pequeños. Igualmente, se puedencorrelacionar los datos de los piezómetros con lainformación de los inclinómetros jos.

Los datos pueden guardarse en memoriasen el sitio o pueden ser enviados en tiempo real,vía telefónica o satelital, a una unidad central;

Tubo depolietileno o pvc

Cable deacero

Barra rígidade acero

Diámetro

Zona decorte

Sondeo 1

Sondeo 2

Baja la barrasuperior

LecturaDesplazamientoInstalación

a) Inclinómetro artesanal

Resistencia eléctrica en Ohmios

Tubos

Superficie de

falla

b) Empleo del ensayo deresistividad

c) Localización de superficiede falla con secciones de tubo


20

15

10

5

0 500 1000

Superficiede falla

Se bloquea elmedidor


27/30


Figura 12.43 Esquemas de determinación de lassupercies de falla.

sin embargo, debe tenerse en cuenta que entremás complejo sea el sistema de monitoreo,generalmente es más vulnerable a los daños.

Es común que cuando se instalan sistemasautomáticos de recolección de información del

deslizamiento, se hagan menos visitas para vericarlos cambios en el deslizamiento y esto impideobtener información adicional de agrietamientos,aoramientos de agua y otros elementos

importantes para la toma de decisiones.

Los sistemas automáticos de recolección dedatos tienen los siguientes problemas de manejo:

• Requieren el reemplazo de baterías.

• Los sistemas se dañan con frecuencia por

acción de los animales, del vandalismo y delclima.

• Los costos de la investigación tomangeneralmente, mayor tiempo operativo quecuando se hacen lecturas manuales. La mayor ventaja de la recolección automática

de datos es la eliminación de errores humanos yla información se obtiene en tiempo real, lo cualgenera mayor conabilidad para los sistemas de

alarma.

Sistemas de Alarma

La construcción de sistemas de alarma paradeslizamientos, se ha convertido en un trabajorutinario en Europa, aunque en los países endesarrollo, es poco utilizado.

Los sistemas de alarma generalmente constande tres elementos básicos (Figura 12.41):

• Un sistema de instrumentación del talud.

• Un computador que recibe la información delos instrumentos y la analiza.

• Un sistema de alarma que avisa la inminenciade un deslizamiento.

Estos sistemas recogen información en formacontinua, utilizando elementos electrónicos,tales como estaciones automáticas climáticas,sistemas de GPS y medidores de inclinación.En ocasiones, se utiliza el sistema telefónico parainformar a un computador remoto, la situación deamenaza inminente.

Figura 12.44 Supercie de falla en un sondeo.

Determinación aproximada de lasuperficie de falla

C) Método gráfico

Centro de rotación

Superficie antes ydespués

b) Con ensayos depenetración estándar

20

17

28

25

20

20

18

22

29

31

33

36

Sondeo 1

Sondeo 2Sondeo 3

Sondeo 4

8

12

15

2

5

19

17

12

10

11

4

3

19

24

27

31

7

6

2

15

a) Utilizando inclinómetro

Escarpe principal

Inclinómetros instalados

Pie demovimiento

0

B'C'

A'

CB

A

AC

D

O

B

C AO

EB

Profundidad de lasuperficie de falla

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

10 20 40 60 80

G% A% F% IP

12

90

1

1

5 73 22 9.4

41 58 22.8

24 75 16.9

26 74 17.242 49 16.9

44 56 21.141 58 19.1

N Golpes/pie-ensayo de penetración estandar

G % de grava A % de arena F % de finos IP indice de plasticidad


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Figura 12.45 Distribución de los inclinómetros, postes de medición y sondeos con piezómetros en el deslizamientode Katanoo (Modicado de Ayalew y otros, 2005).

CARACTERIZACIÓN DE UNDESLIZAMIENTO UTILIZANDO LAINSTRUMENTACIÓN

Una vez se ha formado un deslizamiento, serequiere encontrar las causas y mecanismos delmovimiento y determinar las medidas correctivasque se deben implementar para controlar losfenómenos.

Para lograr este objetivo, se deben conoceren detalle, los parámetros y fenómenos quecaracterizan el problema y con este n, se requiere

programar un estudio detallado del deslizamiento.

El término “deslizamiento” indica que elmovimiento ya ocurrió y por lo tanto, deben existirindicios importantes que pueden aportar muybuena información.

Reconocimiento del Tipo y Característicasdel MovimientoPrimero debe reconocerse el tipo de deslizamiento,éste puede determinarse con base en el estudio delos sistemas de agrietamiento.

Por ejemplo, en un deslizamiento de rotación, lasgrietas son ligeramente curvas en el plano verticaly son cóncavas en la dirección del movimiento,mientras los deslizamientos de traslación en

B - 1

K - 3 F - 5

F - 4 K

- 4

F - 3

F - 2

F - 6

F - 7

F - 1

B - 3

D - 1

D - 2

D - 3

D - 4

D - 5

D - 6

D - 7

B - 5

K - 2

K - 1

1 0

G - 7

2 0

3 0

4 0

G - 6

G - 5 5 0

6 0

7 0

G - 4

8 0

9 0 1 0 0 1

1 0

G - 3 G

- 2 G - 1

K-1

B-1

20

0

Curva de Nivel

Cabeza del escarpe

Piezómetros

Inclinómetros

Líneas de postes o mojones

50 m

N

V í a

F-2 F-3 F-4

C - 1

C - 2

C - 3

C - 4

C - 5

C - 6

C - 7

C - 8


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bloque, presentan generalmente grietas verticalesalgo rectas y con el mismo ancho de arriba hastaabajo. Es importante además, la identicación

de la mayoría de los parámetros que controlan elmovimiento mediante un estudio geotécnico.

El sistema de aguas subterráneas puededetectarse con base en la localización de losaoramientos de agua, mediante apiques y sondeos,

o utilizando piezómetros. En la visita al sitio,es conveniente ver el deslizamiento a distancia,desde una montaña cercana, para obtener unavisión global y regional del problema.

Localización de la Superfcie de FallaLa localización de la supercie de falla puede

realizarse de formas muy variadas (Figuras 12. 42

a 12.44):• Geométricamente. Utilizando las evidencias

topográcas superciales, se puede inferir

en forma aproximada y con un margenrelativamente grande de error.

• Utilizando ensayos de penetración. Lasupercie de falla generalmente coincide con

una profundidad a la cual la resistencia delsuelo disminuye y por lo tanto, la resistenciaa la penetración es menor disminuyendo el

número de golpes en el ensayo de penetraciónestándar.

• Mediante inclinómetros. La utilización deinclinómetros es un sistema muy utilizadoen los estudios detallados de movimientosrelativamente lentos, en los cuales se requieredetectar deformaciones relativamentepequeñas. Así mismo, puede determinarse laprofundidad aproximada de la supercie de

falla mediante diversos ensayos o por métodosartesanales.

• Con geofísica. Se pueden utilizar sondeosgeoeléctricos, tomografía o prospeccionessísmicas para determinar el espesor de lamasa en movimiento. Este procedimientoes muy útil en los coluviones que se deslizansobre una supercie de roca. La tomografía

3D permite obtener la volumetría de la masade deslizamiento en tres dimensiones.

Para identicar los mecanismos de falla se

recomienda (en todos los casos) colocar algún tipode instrumentación, utilizando las técnicas quese presentan en este capítulo. La intensidad y eldetalle de la instrumentación dependerá de losrecursos económicos y técnicos disponibles y de

la importancia y complejidad del deslizamiento.El monitoreo topográco comúnmente es el más

utilizado por su disponibilidad y economía. Sinembargo, éste no es suciente para determinar las

propiedades del deslizamiento a profundidad.

Diseño del Programa de Instrumentacióny MonitoreoPara diseñar el programa de monitoreo se requierehaber realizado previamente una investigacióndetallada del deslizamiento, haber determinado elmecanismo general de falla y tener una magnitudde la escala de la profundidad de la supercie de

falla.

Para el diseño de la instrumentación y el monitoreo,se recomiendan los siguientes criterios:

• Localizar los sitios estables para la colocaciónde BMs de referencia. Estos sitios debenestar sobre la roca o suelos estables por fueradel área del movimiento.

•

Determinar las líneas para la colocación depostes o mojones para el monitoreo topográco.Se recomiendan las líneas transversales a ladirección del movimiento; tanto la parte altacomo baja e intermedia del deslizamiento(Figura 22.45).

• Identicar los sitios donde se requiere

localizar inclinómetros, piezómetros y otrosinstrumentos. Los inclinómetros no debencolocarse en los sectores donde se esperandesplazamientos de más de 20 centímetros,

(en el período de monitoreo) debido a quese ocasionaría la rotura de los ductos. Lospiezómetros son muy importantes en la partealta del deslizamiento para determinar laspresiones de poros relacionadas con la recargahidrogeológica.

• Determinar los tiempos y procedimientospara las jornadas de medición, así como elprocesamiento de los datos.


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REFERENCIAS CAPÍTULO 12

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