Auscultación

PROYECTO DE PROYECTO DE AUSCULTACIÓNAUSCULTACIÓN

Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales

Universidad Nacional de Córdoba

Cátedra de Obras Hidráulicas

EL PROYECTO DE AUSCULTACIÓNEL PROYECTO DE AUSCULTACIÓN

Consta de dos fases:

1) Determinar “qué” magnitudes o parámetros deben considerarse para tener un conocimiento claro, en todo momento del estado de seguridad de la Presa.

2) Determinar “cómo” se deben controlar estas magnitudes o parámetros.

Es fundamental conocer:- las características de la presa y su cimentación, - sus condiciones y accidentes particulares que introducen una diferenciación de la auscultación requerida por otras presas de similar tipología.


OPERACIÓN: PROCESO

1. TOMA DE DATOS. Plan adaptable a cambios.

2. TRANSMISIÓN de los mismos a la unidad de procesamiento.

3. PROCESAMIENTO e INTERPRETACIÓN.

4. COMPARACIÓN: con predicciones e inspecciones in situ.

Manual Automatizado


Proyecto Inicial de Auscultación:

a) Selección y clasificación, según su importancia, de los tipos de observaciones necesarios.

b) Definición de la ubicación y distribución de las observaciones a realizar.

c) Definición del período de tiempo en el que se deberán realizar las observaciones.

d) Selección de los métodos de auscultación.

e) Selección de los sensores y equipos adecuados para satisfacer las exigencias anteriores.

f) Estimación primera del coste tanto de los equipos, como de instalaciones y obra civil auxiliar.


Proyecto Final de Auscultación:

a) Confirmación y ajuste de todas y cada una de las

decisiones del proyecto previo.

b) Definición completa de los procedimientos y

programas de auscultación.

A partir de aquí, con un intercambio de información con

fabricantes e instaladores de equipos y con el propio

proyectista de la estructura, habrá que continuar:

c) Cálculo del presupuesto.

d) Establecimiento del Plan de Explotación del Sistema.

e) Descripción del sistema y de su funcionamiento.

Magnitudes Usualmente Sujetas a ControlMagnitudes Usualmente Sujetas a Control

a) Desplazamientos y Deformaciones:

- Movimientos superficiales: mediante métodos topográficos,

que permitan definir la extensión superficial de la posible

zona sometida a los procesos de inestabilidad.

- Movimientos en el interior del terreno: mediante la

instalación de equipos o aparatos en el interior de sondeos,

que permitan definir la superficie de deslizamiento, la zona

sometida a movimiento y la masa movilizada.

- Movimiento de apertura de grietas mediante medidores

tridimensionales de juntas.

Magnitudes Usualmente Sujetas a ControlMagnitudes Usualmente Sujetas a Control

b) Filtraciones: a través de la recolección y medición en

secciones de aforo.

c) Presiones

Presiones intersticiales y niveles freáticos en el interior del

terreno, para establecer redes de flujo, mediante la

instalación de piezómetros cerrados o abiertos.

Presiones totales actuantes o Fuerzas de anclaje.

Otras MagnitudesOtras Magnitudes

c) Variables de Control Externo (Magnitudes de Causa)

Meteorológicas y ambientales

- Temperaturas en el aire.

- Temperaturas en el agua del embalse.

- Precipitaciones de lluvias y nieve.

- Viento

Hidráulicas (carga hidrostática):

- Nivel del embalse.

Dinámicas (sismicidad inducida y ambiental):

- Velocidades.

MEDICIÓN DE LAS VARIABLES INTERIORES:

Desplazamientos y Deformaciones

Presiones

Métodos de Medición

a) Desplazamientos y Deformaciones

Métodos geodésicos: con los que se pueden realizar controles de movimientos superficiales (horizontales y verticales).

Extensometría e Inclinometría para el control de movimientos verticales y horizontales respectivamente en el interior del terreno.

Medidores tridimensionales de juntas para el control de movimientos entre puntos superficiales próximos.

Cambios de Volumen

Método geodésico, que comprende varias técnicas: Triangulación (medida de ángulos entre 2 ó más puntos fijos), Trilateración (medida de distancias entre 3 ó más puntos fijos), Poligonalización (medida de ángulos y distancias de al menos 3 bases o puntos fijos). Nivelación, que consiste en la medida de movimientos verticales respecto a bases de referencia fija. Colimación, que consiste en la medida de movimientos horizontales de puntos respecto a un plano de colimación vertical fijo

CONTROL DE MOVIMIENTOS

La utilización de una técnica u otra dependerá del tipo de movimiento a detectar o controlar, así como del grado de exactitud en la medida.

Se consiguen mayores grados de precisión con la nivelación y la colimación que con el método geodésico. Con la nivelación sólo pueden medirse movimientos verticales y con la colimación sólo horizontales.

Control de Desplazamientos - DeformacionesControl de Desplazamientos - Deformaciones

Perno de mira y referencia

Control de Movimientos SuperficialesControl de Movimientos Superficiales

Algunas veces se utiliza el método del hilo de cimentación – actualmente poco utilizado - que consiste en un hilo anclado en el interior de un taladro perforado en la roca de cimentación y el otro extremo fijado a un punto determinado de la estructura.

El error medio, no suele ser superior a 0,1 mm.

Desplazamientos relativos horizontalesDesplazamientos relativos horizontales

Mira fija para método de las alineaciones

Los métodos geodésicos clásicos tienen el inconveniente de ser muy laboriosos y exigir unas condiciones atmosféricas especialmente favorables en el momento de realizar las observaciones. Por consiguiente, esta observación que no suele realizarse con mucha frecuencia, es aconsejable hacerla dos veces al año.

El método más simple y práctico para controlar desplazamientos horizontales con relación a una vertical en las distintas cotas de la sección de una presa: es

el Péndulo Invertido

Desplazamientos absolutos horizontalesDesplazamientos absolutos horizontales

Por Péndulo invertido:

Si el anclaje del hilo del péndulo se fija a una suficiente profundidad en el terreno de cimentación de la presa (normalmente a 1/3 de la altura de la estructura) los desplazamientos horizontales obtenidos pueden considerarse, a efectos prácticos, como absolutos.

Son de gran eficacia y fiabilidad cuando han sido bien instalados y mantenidos. Por ello en presas de hormigón siempre hay que instalar al menos uno.

Se ubican en galerías. La longitud máxima de hilo aconsejable en un péndulo es de 100 m.


Péndulo invertido:

Consta de un hilo de acero inoxidable cuyo extremo inferior está unido a un anclaje ubicado en el interior de un sondeo vertical, y cuyo extremo superior se fija a una unidad de flotación solidaria a la estructura.

La unidad de flotación está formada por un recipiente con un flotador en baño de aceite y está diseñada de tal forma que permite mantener el hilo en tensión sin que el movimiento de la estructura altere su posición


Péndulo directo:

El péndulo directo permite medir movimientos horizontales de la estructura relativos a su punto superior.

Consta de un hilo de acero situado en un pozo vertical, anclado en su extremo superior a la estructura y en su extremo inferior a un peso con aletas inmerso en un depósito relleno de aceite. Esta disposición asegura la verticalidad del hilo

Desplazamientos Relativos horizontalesDesplazamientos Relativos horizontales

Métodos de MediciónMétodos de Medición

Control de Movimientos en el InteriorControl de Movimientos en el Interior

Los movimientos en el interior que frecuentemente se registran son:

De componente vertical.

De componente horizontal.

Los movimientos verticales se suelen medir mediante la técnica de la Extensometría, con la ayuda de equipos denominados Extensómetros.

Los movimiento horizontales se registran mediante la técnica denominada Inclinometría, utilizando unos aparatos de medida denominados Inclinómetros.

Ambas técnicas requieren de un sondeo para poder instalarse.

INCLINOMETRÍAINCLINOMETRÍA

Es una técnica de instrumentación geotécnica capaz de

registrar movimientos horizontales a lo largo de la vertical de

un sondeo.

Esto permite detectar la zona con movimientos más

acusados (planos de deslizamiento), conocer la evolución de

los mismos, la velocidad de desplazamiento y los volúmenes

movilizados

INCLINOMETRÍAINCLINOMETRÍA

Los torpedos inclinométricos (aparatos utilizados para

registrar los movimientos horizontales en el interior de un

sondeo inclinométrico) detectan movimientos relativos

respecto al punto inferior de medida.

Como consecuencia, se hace necesario que el sondeo

utilizado para instalar la tubería inclinométrica profundice

hasta una zona en la que no exista movimiento, es decir por

debajo de la zona de movimientos esperada.

Es aconsejable realizar un control topográfico de la cabeza

del inclinómetro para conocer los movimientos absolutos del

mismo.

INCLINOMETRÍAINCLINOMETRÍAElementos

Torpedo: En él van alojados los sensores que se encargan de detectar la inclinación de la tubería a diferentes profundidades. Pueden ser de varios tipos: los de resistencia eléctrica, de cuerda vibrante y los más precisos los servoacelerómetros. Los torpedos van provistos de ruedas que sirven para deslizarse por las acanaladuras de la tubería inclinométrica. Se clasifican según el número de sensores que lleven instalados: en mono (1) y biaxiales (2).

Tubería flexible: (aluminio, PVC, ABS, etc)

Cable: Es el nexo de unión entre el torpedo de lectura y la unidad de registro.

Unidad de lectura: Las unidades modernas van provistas de unidad de almacenamiento de datos.

EXTENSOMETRÍAEXTENSOMETRÍA

Son equipos capaces de registrar movimientos verticales (asientos) del terreno a diferentes profundidades.

Se instalan en el interior de sondeos.

Es aconsejable colocar al menos una de las varillas o hilos por debajo de la zona de movimientos para permitir la medida de movimientos absolutos.

El aparato consta de:

Anclajes

Varillas o hilos

Cabeza

EXTENSOMETRÍAEXTENSOMETRÍAa) Anclajes: Se sitúan en el extremo enterrado de las varillas extensométricas y actúan de elemento de "agarre" entre éstas y el terreno circundante. Se colocan a diferentes profundidades en función del número de varillas.

b) Varillas o hilos: Las varillas, metálicas, roscadas por tramos y los hilos de fibra de vidrio, de una única pieza, unen los anclajes con la cabeza del extensómetro.

Las varillas y los hilos van protegidos por una tubería elástica (generalmente de nylon), solidaria con el terreno, que permite el libre movimiento de las varillas o hilos reflejando en superficie los asientos (movimientos verticales) a diferentes niveles de profundidad.

El tubo protector de hylon se solidariza con el terreno mediante el cemento (de abajo arriba), del sondeo.

EXTENSOMETRÍAEXTENSOMETRÍAc) Cabeza: La cabeza del extensómetro cumple dos funciones: por una parte constituye la base de referencia para la lectura de cada una de las varillas o hilos y por otra, actúa como elemento protector de las mismas.

Los extensómetros más instalados son los de varillas (facilidad de instalación y por las profundidades a instrumentar (< 40 m.).

Cuando la profundidad a reconocer es superior a 40 m. se suelen instalar de hilos.

La medida de las deformaciones o movimientos se realiza en cabeza mediante comparadores analógicos, digitales o mediante transductores eléctricos, alcanzándose precisiones de centésimas de milímetro a milímetros en función de la longitud de las varillas o hilos y de la temperatura.

Métodos de Medición: ExtensómetrosMétodos de Medición: Extensómetros

El control interno de las juntas se realiza embebiendo sensores eléctricos en el hormigón durante la construcción de la presa.

El control externo de las juntas, así como de las fisuras importantes o que requieran una especial atención desde el punto de vista de seguridad de la presa, se realiza mediante medidores en superficie, de control unidireccional, bidireccional o tridireccional.

Movimientos Relativos de Juntas y Fisuras.Movimientos Relativos de Juntas y Fisuras.

Los más comunes son aquellos que se basan en instrumentos metálicos que se anclan a ambos lados de los bloques que pueden presentar movimiento.

La medición se puede realizar mediante: elementos mecánicos mediante sistemas con transductores eléctricos

Medida de Deformaciones entre Puntos Medida de Deformaciones entre Puntos Superficiales PróximosSuperficiales Próximos

Medida de Deformaciones entre Puntos Superficiales Próximos

Medida de Presiones Intersticiales

b) Presiones

Presiones intersticiales y niveles freáticos

Existen 3 formas de controlar las presiones intersticiales o

niveles freáticos:

Pozos de observación.

Piezómetros abiertos.

Piezómetros cerrados


Pozos de observación

Consiste en la introducción de una tubería ranurada en el

interior de un sondeo.

No permite la lectura de presiones insterticiales, sino la

lectura del nivel freático, que se mide mediante un sonda

piezoeléctrica que en contacto con el agua produce una

señal acústica o luminosa.

El tiempo de respuesta es función del grado de

permeabilidad del medio, así cuanto más permeable menor

será el tiempo de respuesta.


Piezómetros abiertos

Consiste en un tubo, que presenta ranuración únicamente en

el tramo que se desea controlar.

Este tramo se aisla del resto del sondeo mediante una capa

de bentonita y cemento.

Para facilitar la entrada de agua al sondeo, el tramo a

controlar se rellena de arena calibrada silícea y redondeada

(no de machaqueo), que constituye un nivel altamente

permeable. El nivel piezométrico se mide mediante sondas

piezoeléctricas.

Cuando el terreno es de permeabilidad baja o media el

tiempo de respuesta es muy alto.

Piezómetro de Casagrande


Piezómetros cerrados

Se colocan sensores a distintas profundidades en el interior de un sondeo, para registrar las variaciones de la presión intersticial del terreno a determinadas profundidades.

Todos los piezómetros instalados a lo largo de un sondeo son agrupados en el exterior en una caja o centralita donde se realizan las lecturas.

Esta unidad de lectura puede ser de dos tipos:

unidad móvil: es una unidad que se conecta a cada uno de los terminales de los diferentes piezómetros, cada vez que se quiera realizar una comprobación de la presión intersticial.

unidad fija: es una unidad que permanentemente está conectada a los terminales de los piezómetros.


Los piezómetros cerrados son los adecuados, cuando el

terreno a auscultar es de baja permeabilidad o cuando se

quiere conocer la variación de la presión intersticial a

diferentes profundidades en el interior de un sondeo


Partes de un piezómetro cerrado:

a) Filtro poroso que actúa de material permeable y que permite el

paso del agua, desde el exterior al interior del piezómetro.

b) Diafragma transductor que separa la cámara de agua del

elemento sensor.

c) Elemento sensor es el que se encarga de medir la presión

intersticial existente en el terreno. Existen de diferentes tipos: de

cuerda vibrante, neumáticos y de resistencia eléctrica.

d) Cable encargado de conectar el piezómetro con los terminales

situados en la cabeza del sondeo.

e) Unidad de lectura encargada de realizar las lecturas

Piezómetro de cuerda Vibrante: convierte la presión del agua en una frecuencia a través de un diafragma, un hilo de acero tensionado y una bobina electromagnética.

El piezómetro esta diseñado de forma que un cambio de la presión en el diafragma da lugar a un cambio de la tensión en el hilo.

Cuando es excitado por la bobina electromagnética, el hilo vibra a su frecuencia natural.

La vibración del hilo en la proximidad de la bobina magnética genera una señal de frecuencia que es transmitida a la unidad de lectura.

La unidad de lectura procesa la señal, aplica los factores de calibración y muestra el dato leído en la unidad de medida adecuada.


Piezómetro Neumático:

Consisten en dos tubos llenos de aire donde el dispositivo de medición se encuentra conectado a una válvula, en adyacencias del material poroso.

Para que esta válvula trabaje correctamente, se requiere de un pequeño cambio volumétrico del material poroso, situación difícil de ocurrir cuando se está en presencia de suelos arcillosos de alta plasticidad.


Piezómetros eléctricos

Este tipo de piezómetro posee un transductor de presión en cercanías del material poroso en correspondencia con el extremo inferior del dispositivo.

Cuando la punta del piezómetro se encuentre purgada de aire se podrán obtener tiempos de respuesta muy pequeños.

Si las determinaciones a realizar requieren de largos períodos de medición en condiciones de equilibrio hidrostático, o si las lecturas deben ser transmitidas a lo largo de grandes distancias, entonces se deberá utilizar un transductor de presión del tipo de cuerda vibrante.


Piezómetro Casagrande

Podrán medirse en pozos calibrados, aforadores de vertedero –en general del tipo triangular (Thomson) automatizables- o bien, si las filtraciones no son importantes, por procedimientos manuales.

La distribución y número de aforadores se realizará de forma que en una sola localización se pueda medir la filtración total de la presa, y en otras varias las producidas en cada ladera o en cada zona del cimiento.

Métodos de Medición de Filtraciones

Control de Fuerzas

Son aparatos destinados a la medida de presiones y fuerzas.

Podemos dividirlos en dos tipos:

a) Control de fuerzas en anclajes: Los elementos utilizados

para medir las fuerzas en los anclajes son las llamadas

células de carga, que consisten en elementos que se

instalan entre la cabeza del anclaje y el terreno, y registran

las cargas que un medio comunica a otro.

b) Control de presiones: Los equipos más utilizados son las

células de presión total

Por el método indirectoconsiste en la medida cronológica de las deformaciones unitarias y, a partir de las constantes mecánicas del medio a controlar (módulo de Young, coeficiente de Poisson y características de fluencia) se podrá obtener el estado tensional del punto controlado.

La medición tensional directa e inmediata se puede realizar con diversas células de carga, que en el caso del hormigón requieren instalaciones cuidadosas y muy estudiadas.

Control de PresionesControl de Presiones

Control de Presiones

b) Células de presión total:

Están formadas por placas rectangulares o circulares de

acero de pequeño espesor, separadas entre sí por pocos

milímetros, soldadas a lo largo de sus bordes y rellenas con

aceite o mercurio.

La presión transmitida por el terreno ejerce presión sobre el

aceite o mercurio, el cual lo transmite a transductores de

presión de tipo neumático, hidráulico o de resistencia

eléctrica.

Medición De Las Variables Exteriores

(Magnitudes De Causa) Comunes A

Todas Las Presas

Auscultación meteorológica y ambiental.

Se instalan una o varias estaciones meteorológicas en lugares representativos del emplazamiento de la presa; (varias estaciones solamente en las presas de gran envergadura). Para la definición e instalación de la estación meteorológica se siguen las normas que a tal fin establece el Instituto Nacional de Meteorología.


Auscultación del nivel de agua.

- Escalas limnimétricas.

- Limnímetro con señal eléctrica de salida analógica o digital, y complementado con un registrador gráfico y al menos un visor digital.

Caudales salientes del embalse: el control de los caudales salientes se realiza aguas debajo de la presa mediante aforos directos, cuya definición y características son objeto de un proyecto y mediciones específicas, instalando en estaciones de aforo medidores de nivel y velocidad y calibrando periódicamente las curvas de gasto obtenidas.

Datos complementarios pueden obtenerse de la producción de las máquinas hidroeléctricas o con el tarado de las válvulas de desagüe.


Caudales entrantes en el embalse: Los caudales se determinan basándose en mediciones realizadas en estaciones de aforo ubicadas en las entradas de ríos y arroyos que afluyen al embalse, que no estén afectados por el remanso del mismo.

Niveles freáticos en las laderas: Algunos niveles freáticos altos, medidos, antes de la construcción de la presa, en las laderas próximas pueden influir directa o indirectamente, en el comportamiento de la misma, aunque se hayan realizado trabajos y tratamientos anteriores a la primera puesta en carga. Se requerirá el control de estos niveles, independientemente del control general que se establezca. Normalmente estos niveles se miden con piezómetros de tubo y en algunos casos con piezómetros cerrados.


Temperaturas del agua del embalse.

Se obtiene la temperatura del agua del embalse mediante termómetros, que pueden ir ligados al sistema de medidas térmicas de la estructura.

Esta medida es más importante desde un punto de vista estructural en las presas de hormigón que en las de materiales sueltos.


Sismicidad natural e inducida.

En presas cuya altura sobre el cauce sea superior a los 100 m, tengan un volumen de embalse grande o en cuyo vaso existan importantes discontinuidades o accidentes geológicos de posible actividad microsísmica, se emplazan sismógrafo antes del inicio de la construcción de la presa;

Variables de Control Interno para

Presas de Gravedad

Objetivos: Verificar la estabilidad de la estructura Verificar la eficiencia de los sistemas de drenaje Monitorear las fisuras

Parámetros a medir: Fisuración Temperatura Deformación Desplazamientos Infiltración

Presas de GravedadPresas de Gravedad

MAGNITUDES A MEDIRMAGNITUDES A MEDIR

Variables de Control Interno para presas de Hormigón

(magnitudes de efecto):

- Hidráulicas

- Deformacionales.

- Térmicas

- Tensionales

- Volumétricas: Cambios volumétricos del hormigón

(expansión y / o retracción).

- Dinámicos (efectos sísmicos en estructura y cimiento).

Variables de Control InternoVariables de Control Interno

Hidráulicas: Filtraciones.; Subpresiones y niveles

piezométricos.

Deformacionales (estructura y cimiento):

Desplazamientos absolutos horizontales y verticales;

Desplazamientos relativos entre bloques y zonas

claramente diferenciadas (estructura y cimiento, etc.);

Movimientos en juntas y fisuras;

Giros;

Movimientos y deformaciones en fallas y otros accidentes

geológicos;

Deformaciones en el hormigón.

Térmicas: - Temperaturas internas en el hormigón; - Temperaturas en los paramentos de la presa, de aguas arriba y de aguas abajo.

Tensionales: Tensiones en la estructura y esfuerzos transmitidos al cimiento.

Volumétricas: Cambios volumétricos del hormigón (expansión y retracción).

Dinámicos (efectos sísmicos en estructura y cimiento).- Aceleraciones- Desplazamientos.


Presas de GravedadPresas de Gravedad

Presas de ArcoPresas de ArcoObjetivos:

Medición de tensiones

Verificación de la eficiencia de los sellos impermeables

Monitoreo de las fisuras y sus causas

Parámetros a medir:

Tensiones

Temperaturas

Deformaciones

Elevaciones

Fisuración

Infiltración

Presas de ArcoPresas de Arco

Variables de Control Interno para

presas de Material Suelto

Presas de Material SueltoPresas de Material Suelto

Objetivos:

Verificar la estabilidad de la estructura

Asegurar que la infiltración no cause sifonamiento ni erosión interna

Parámetros a medir:

Presiones de poros dentro del núcleo y permeabilidad del núcleo

Impermeabilidad de la interfase: núcleo/fundación o membrana/fundación

Deformación total y asentamientos diferenciales

Eficiencia del filtro

- Hidráulicas

- Deformacionales.

- Descargas.

- Tensiones en pantallas de hormigón.


Hidráulicas:

-Filtraciones recogidas en las galerías de la presa.

-Filtraciones aguas abajo de la presa.

-Presiones intersticiales en núcleos impermeables.

-Presiones intersticiales en filtros y manto drenante de

aguas abajo.

-Niveles piezométricos en el contacto de núcleos

impermeables con la cimentación.

-Niveles piezométricos en la cimentación.


Deformacionales.-Desplazamientos horizontales y verticales absolutos y relativos.-Deformaciones diferenciales entre núcleos y espaldones.-Deformaciones diferenciales en contactos núcleo-estribos en zonas de fuerte pendiente.-Deformaciones verticales y horizontales.-Deformaciones de la cimentación.-Movimientos y deformaciones en fallas y otros accidentes geológicos.-Deformaciones de la pantalla impermeable (si existe).-Movimientos de las juntas entre pantalla de hormigón-plinto soporte.-Movimientos de las juntas del plinto.-Movimientos en núcleos de productos asfálticos.


Descargas.

-Presiones totales en núcleo.

-Presiones efectivas en núcleo.

-Empuje efectivo en zonas de contacto de núcleo con aliviadero o en zonas singulares.

Tensiones en pantallas de hormigón.

-Tensiones en la pantalla y zonas de empotramiento.


Presas de Material SueltoPresas de Material Suelto

El control de la seguridad de las presas es el objetivo

principal de la auscultación.

Auscultar una presa: tomar las máximas precauciones para

poner en práctica las medidas correctoras destinadas a

evitar accidentes.

En la mayoría de los casos, las presas accidentadas no han

sido objeto de una vigilancia cuidadosa.

Seguridad de Presas: AuscultaciónSeguridad de Presas: Auscultación

La auscultación eficaz requiere:

instalar aparatos de medida de excelente calidad y gran

fiabilidad,

organizar cuidadosamente las mediciones,

disponer de métodos de cálculo e interpretación rápida de

los datos,

realizar periódicamente inspecciones visuales de los muros

de presas y sus alrededores.

Seguridad de Presas: AuscultaciónSeguridad de Presas: Auscultación

Auscultación

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