UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD INGENIERIA GEOLGICA Y METALURGICAECUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA

TRABAJO ENCARGADOTEMA: PIEZÓMETROS

CURSO: HIDROGEOLOGIADOCENTE: Dr. ROLANDO APAZA CAMPOS

PRESENTADO POR ALUMNOS: COLQUE PACHO ROBERTS COLQUEHUANCA CALSIN

JESUS RONAL

INTRODUCCIÓNHay diferentes instrumentos para facilitar el trabajo de los ingenieros en su estudio del suelo en esta ocasión hablaremos específicamente del instrumento llamado piezómetro y sus diferentes tipos, al igual de que para que sirven, donde sí y donde no nos conviene utilizarlos y sobre todo para que sirven, entre otros.

PIEZÓMETROS DEFINICIÓNLos piezómetros se utilizan para medir la presión (nivel) del agua subterránea así como en tuberías, en vasos comunicantes, etc. La presión de poros se puede monitorear utilizando excavaciones de observación o piezómetros, los cuales pueden ser de tubo abierto, neumáticos o de cable vibratorio. En la mayoría de las aplicaciones geotécnicas, los piezómetros se instalan en perforaciones para medir las presiones de agua existentes y también el aumento o disminución de la presión, debido a factores naturales o al avance de la faena.

CAMPO DE APLICACIÓN Los piezómetros, instrumentos utilizados para medir la presión del agua, tienen las siguientes aplicaciones típicas: Monitorización de la presión del agua, para

determinación de coeficientes de seguridad en terrenos rellenados o excavaciones

 Monitorización de la presión del agua para evaluación de la estabilidad de contrafuertes o terraplenes; 

Monitorización de sistemas de drenaje en excavaciones;  Monitorización de sistemas de mejora del suelo, como

por ejemplo drenajes verticales;  Monitorización de la presión del agua en diques.

TIPOS DE PIEZÓMETROSPIEZÓMETRO TIPO CASA GRANDE (ABIERTO)El piezómetro consiste en un tubo corto con ranuras o un cilindro de cerámica porosa, llamado bulbo piezométrico. A uno de sus extremos se le acoplan tubos rectos de menor diámetro hasta alcanzar la superficie. La elevación de la superficie libre de la columna de agua que sube por la tubería recta por efectos de la presión de poro, se mide desde la superficie del terreno con una sonda eléctrica.

Para su instalación se hace descender el bulbo piezométrico a su posición en el subsuelo, en un empaque de arena, a través de una perforación o barreno. Al sellar el empaque de arena con bentonita a una cierta altura del bulbo, se forma una zona piezométrica que garantiza la medición de la presión de poro a la profundidad de instalación del bulbo. En la superficie se construye un tapón, generalmente con mortero de cemento para aislar la zona de estudio

INSTALACIÓNLos procedimientos para la instalación de los piezómetros abiertos están en función de las condiciones de los materiales que se atraviesan y las que establece el proyecto. Los casos que se presentan son los siguientes: Instalación en laderas, Instalación en cimentación y Instalación en obra terminada

FuncionamientoEl piezómetro abierto funciona con el principio de los vasos comunicantes. Una celda o bulbo poroso capta el agua del interior del suelo en el punto de interés y la presión que actúa en ese punto la eleva a través de un ducto recto hasta una posición (columna de agua) que equilibra la presión en el bulbo piezométrico; la altura de la columna desde la elevación del bulbo piezométrico hasta el nivel del agua en la tubería, es la medida de la presión de poro en ese punto.

Toma de lectura y cálculo de presiones La sonda más comunicante usado es la sonda eléctrica que consiste e un cable de dos conductores eléctricos con una barra cilíndrica pesada de acero extremo inferior, y un dispositivo de lectura. El extremo superior de cable se conecta a una batería y a un indicador de luz, una alarma o un amperímetro. La punta se baja dentro del tubo del piezómetro y al encontrar la superficie del agua, el círculo eléctrico se cierra y se acciona el indicador.

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS. Las lecturas y su variación con el tiempo se muestran en el eje vertical se indica la elevación del nivel del agua, y en el eje horizontal, el tiempo; en el mismo eje vertical también se indica el nivel del embalse de la presa, lo que permite correlacionar los movimientos del embalse y las variaciones de los niveles del agua en los piezómetros; cada curva corresponde a la historia de presiones medidas de un piezómetro específico

PIEZÓMETRO NEUMÁTICOLos 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

INSTALACIÓN Instalación en barreno o perforación

INSTALACIÓN EN EL NÚCLEO IMPERMEABLE

Funcionamiento La única parte en movimiento del piezómetro neumático es el diafragma flexible que se encuentra en contacto directo con el agua subterránea después del filtro; la presión de poro actúa sobre uno de los lados del diafragma, y la presión del gas inyectado desde el exterior, sobre el lado opuesto. Para obtener el valor dela presión de poro, por el ducto de entrada se inyecta gas a presión a través de una manguera conectada aun indicador de una fuente presurizada.

Toma de lecturas y cálculoLa manguera de inyección se conecta a la fuente de gas presurizado y al regulador de presión; la manguera de retorno se conecta al manómetro de medición de la presión. Antes de accionar el regulador de gas, las válvulas deben estar en las siguientes posiciones: la válvula de inyección 1, cerrada; la válvula micrométrica a la atmósfera 2, cerrada; la válvula 3, abierta, y la válvula al indicador de flujo 4, abierta.

Presentación de resultadosGeneralmente los resultados se presentan en forma gráfica en el eje vertical de la gráfica se indican los valores de las lecturas, y en el eje horizontal, se indican los tiempos correspondientes a las lecturas. En elmismo eje vertical también se indican los valores delas variaciones de la altura del embalse, lo que permite visualizar la relación que tiene con las gráficas de los piezómetros.

Los piezómetros de cuerda vibrante son utilizados para controlar niveles piezométricos de agua en suelos y rocas. El piezómetro de tubería esta formado por tubería vertical que está conectada a un elemento poroso, el filtro. El filtro se sitúa en la zona deseada, colocándose un tapón de bentonita por encima de esa zona para aislarla de otras capas. El agua entra por el filtro y hace posible tomar medidas descendiendo un Indicador de Nivel desde la superficie a través de la tubería. Podrá oírse un pitido y/o una luz comenzará a parpadear, tan pronto como el Indicador de Nivel entre en contacto con el nivel de agua. La cinta métrica graduada, con marcas en centímetros, indica al operario la profundidad del agua.

PIEZÓMETROS DE CUERDA VIBRANTE

Para operaciones mas exactas y confiables se utilizan piezómetros de cuerda vibrante. El piezómetro de cuerda vibrante mide la presión del agua monitoreando los cambios en la frecuencia de una cuerda vibrante instalada entre el cuerpo del instrumento y una membrana.

Principio de Funcionamiento.Estos equipos están basados en el principio de “resonancia”. Consisten de una cuerda vibrante que sometida a una frecuencia de vibración determinada, responderá cuando el sistema entre en resonancia. La elongación de la cuerda variará dependiendo de la presión externa a la que está siendo sometido el sistema.

TiposExisten diversos transductores basados en el mismo principio:Piezómetros de Cuerda o Hilo Resonante, cerrados. La tecnología de cuerda vibrante del piezómetro opera midiendo la frecuencia vibratoria de un cable de acero tensionado a una membrana y su tubo principal y se mide por medio de una bobina electromagnética.Los piezómetros de cuerda vibrante cerrada están constituidos de: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.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.Sensores de Cuerda Vibrante, Abiertos. Se utiliza una tubería de piezómetro vertical abierta para medir el nivel de agua del terreno, la que puede equiparse con un sensor de cuerda vibrante para lecturas automáticas y/o remotas.

Sensores basados en Cilindros Vibrantes, si en lugar de un hilo o cuerda vibrante se emplea un cilindro metálico con paredes delgadas (75 mm) y un extremo ciego, la frecuencia de oscilación dependerá de las dimensiones y material del cilindro, y de cualquier masa que vibre con sus paredes. Utilizando, igual que antes, un excitador electromagnético para mantener la oscilación, se puede medir la diferencia de presión entre las dos caras del cilindro, porque la diferencia de presiones entre ambos lados de las paredes produce una tensión mecánica en estas. Se puede medir la densidad de un gas porque el gas cerca de las paredes vibra al hacerlo éstas. La aplicación más extendida es la medida de la densidad de líquidos con una disposición como lo indica la figura. Consiste en dos conductores paralelos, como por los que fluye el líquido, sujetos por cada extremo a una base fija y acoplados al conducto principal, con una junta flexible en cada extremo.

Ventajas del sistema de cuerda vibrante • Mediciones a largo plazo en condiciones difíciles • Sistema de medición muy robusto e inalterable • Robustez y estabilidad con gran resolución • Sistema acreditado e implantado con éxito • Sin influencia debida a la longitud del cable • Sistema cerrado

Composición del sensor El transductor montado en el interior del sensor corresponde al último avance de la técnica en el campo de la cuerda vibrante. Todos los componentes son de acero inoxidable de calidad 1.4571. El interior del sensor está al vacio y cerrado con soldadura, dando lugar a una cámara cerrada para el transductor de cuerda vibrante. Mediante una técnica de forjado en estampa, patentada por el fabricante, se unen los extremos de la cuerda vibrante con la carcasa, lográndose una gran estabilidad en la tensión de la cuerda vibrante. Unas bobinas electromagnéticas, situadas cerca de la cuerda, sirven para excitarla, y poder así transformar la vibración de la cuerda en una señal de salida eléctrica. La variación de la presión influye en la comba de la membrana y con ello la frecuencia de vibración de la cuerda, variando de forma proporcional a la presión que se desea medir.

Filtros y conectores • Filtro de metal sinterizado de acero fino, filtro estándar • Filtro cerámico con un alto valor de entrada de aire • Conectores según especificaciones del cliente o racor

con casquillo estándar de 6 mm

Cable

El cable estándar es un cable apantallado de 4 conductores con recubrimiento exterior de PE. Dos conductores se destinan al sensor de cuerda vibrante y los otros para un sensor de temperatura opcional. Para casos especiales disponemos de cables con doble recubrimiento, recubrimiento exterior reforzado y cable resistente a altas temperaturas.

Unidades de registro • Armario de centralización y lectura manuales • Unidad de lectura portátil • Estación automática de adquisición de datos y registro con soporte de datos, almacenado y teletransmisión con modem

PIEZÓMETROS HIDRÁULICOS

Se utilizan para medir la presión de poros en terraplenes y fundaciones de las presas .Este tipo consiste de uno o dos tubos llenos con fluido y una punta porosa; el piezómetro se conecta a un manómetro en el punto de observación. En el tipo de dos tubos, el segundo tubo sirve como un medio de limpieza para remover gas o sedimento acumulado.

    Ventajas y limitaciones: - La principal ventaja, un tiempo de lectura menor que con piezómetros de tubo

abierto, poseen capacidad (aunque limitada) para medir presiones negativas, menos propensos a daños durante construcción.

-       Las desventajas: una significativa rata de falla, la necesidad de una caseta terminal en la pata, dilaciones en los trabajos de construcción durante la instalación y técnicas de mantenimiento anual algo complicadas que requieren entrenamiento especializado.

-        La falta de disponibilidad de estos equipos, altos costos de fabricación, los manómetros deben reemplazarse en promedio cada 10 años y algunas veces es difícil de conseguir los reemplazos adecuados.