EQUIPOS DE AUSCULTACIÓN E INSTRUMENTACIÓN

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1 EQUIPOS DE AUSCULTACIÓN E INSTRUMENTACIÓN 1

2 EQUIPOS DE AUSCULTACIÓN E INSTRUMENTACIÓN 1. EQUIPOS DE AUSCULTACIÓN E INSTRUMENTACIÓN CONTROL DE MOVIMIENTOS INCLINOMETRÍA DESPLAZAMIENTOS INCREMENTALES (MICRÓMETRO DESLIZANTE) DESPLAZAMIENTOS SEGÚN TRES DIRECCIONES EN UN SONDEO (TRIVEC) EQUIPO DE EXTENSÓMETRO MÚLTIPLE PARA CONTROL DE MOVIMIENTOS EN OBRA CONTROL DE DEFORMACIONES (LVDT) CONTROL DE GIROS (CLINÓMETRO) EQUIPO PARA MEDIDA DE INCLINACIONES CONTROL DE APERTURA DE GRIETAS EQUIPOS TOPOGRÁFICOS PARA EL CONTROL DE MOVIMIENTOS DE OBRA CONTROL DE CONVERGENCIAS CONTROL DE ASIENTOS MEDIANTE LÍNEA CONTINUA CONTROL DE TENSIONES CONTROL DE PRESIONES TOTALES SONDA PARA EL CONTROL DE NIVELES PIEZOMÉTRICOS AUSCULTACIÓN DINÁMICA INSTRUMENTACIÓN PARA LA AUSCULTACIÓN DINÁMICA

3 Control de movimientos

4 Inclinometría Un sistema inclinométrico comprende un sensor con forma de torpedo que contiene un transductor de inclinaciones. El sensor va conectado a una unidad de lectura digital mediante un cable graduado que mide la profundidad. El sensor se introduce, por medio de un sistema de guías rodantes, en una tubería especial de instalación que se coloca en el interior del sondeo del relleno o estructura a auscultar. El transductor de inclinación permite una desviación horizontal entre el eje del sensor y el plano cuya verticalidad se mide. Las medidas de inclinación y de profundidad del sensor recogidas se utilizan para calcular la desviación horizontal (dada en mm) de la tubería respecto a la verdadera vertical. El sensor inclinométrico del que se dispone en el Laboratorio cuenta con dos servo-acelerómetros que proporcionan la desviación horizontal según dos ejes perpendiculares entre sí. Características técnicas del equipo del laboratorio Rango de trabajo 30º Longitud del sensor entre elementos rodantes: 500 mm Sensibilidad del sensor: 0,01 mm Resolución de unidad de lectura digital: 0,1 mm Resolución de unidad de lectura electrónica: 0,01 mm Aplicaciones Las medidas obtenidas permiten el control de los movimientos horizontales de una vertical en presas de tierra, taludes, muros de contención, etc. Es un instrumento de gran utilidad para detectar y controlar deslizamientos y otros tipos de inestabilidades. 2

5 Desplazamientos incrementales (Micrómetro deslizante) El micrómetro deslizante es un aparato de alta precisión para medir la deformación axial a lo largo de un sondeo. Para ello lleva incorporado un sensor tipo LVDT. El micrómetro se introduce dentro de unos tubos de PVC, los cuales se han inyectado previamente al terreno o al material en estudio. Los tubos disponen de unas uniones cada metro que funcionan como puntos de referencia para las medidas. El micrómetro puede encontrarse en dos posiciones, la primera permite el desplazamiento a lo largo del sondeo, la otra consiste en una posición fija de medida en las uniones entre tubos. La primera medida, justo después de que la inyección haya fraguado, dará la distancia exacta entre las uniones a lo largo de todo el sondeo. Con las siguientes medidas se obtendrán los incrementos de longitud entre cada una de las uniones de los tubos según se vayan deformando al seguir al medio circundante a lo largo del tiempo. La suma de los desplazamientos registrados en cada tramo proporciona los movimientos acumulados a lo largo del eje del sondeo. Características técnicas de los equipos del laboratorio Base de medida Rango de medida Precisión Sensibilidad 1000 mm 10 mm ( 5 mm) opcionalmente 20 mm ( 10 mm) 100 mm ( 50 mm) opcionalmente para suelos blandos 0,003 mm 0,03 mm para suelos blandos 0,001 mm Aplicaciones El micrómetro deslizante puede utilizarse para el estudio de deformación de estructuras como presas de hormigón, pilotes y muros pantalla, etc. También se han utilizado para determinar los asientos en el entorno de obras subterráneas y túneles. 3

6 Desplazamientos según tres direcciones en un sondeo (Trivec) El Trivec es un aparato de alta precisión que determina la evolución de los desplazamientos en las tres direcciones ortogonales de un sondeo vertical. En esencia consiste en la integración en un mismo aparato de un micrómetro y dos sensores inclinométricos. Los tubos que se introducen en el sondeo presentan las mismas uniones cada metro descritas en el micrómetro y que proporcionan la posición fija necesaria para la medida con el sensor. Características técnicas del equipo del laboratorio Base de medida Micrómetro Inclinómetros 1000 mm Rango de medida 20 mm ( 10 mm) Precisión 0,003 mm Sensibilidad 0,001 mm Rango de medida 14º respecto la vertical Precisión 0,05 mm/m (10 ) Sensibilidad 0,005 mm/m (1 ) Aplicaciones Entre las aplicaciones destaca el estudio de inestabilidades y de deformaciones en terraplenes, determinación de asientos en las inmediaciones de obras subterráneas, etc. En estructuras se usa para el estudio de deformaciones de presas y elementos como pilotes y muros pantalla. 4

7 Equipo de extensómetro múltiple para control de movimientos en obra Son aparatos que se instalan en sondeos y permiten medir movimientos relativos entre la boca del mismo y uno o varios puntos situados en el interior, anclados solidariamente al terreno correspondiente. Para ello se utilizan varillas que tienen un extremo anclado en el punto interior del sondeo que se desea controlar y el otro extremo sobresaliendo de la boca de perforación. Los movimientos del terreno se transforman en desplazamientos de las varillas situadas en la superficie, los cuales son medidos mediante un sistema mecánico o con transductores eléctricos situados en la boca de la perforación. Características técnicas del equipo del laboratorio Capacidad máxima ocho puntos de anclaje Sistema de medición: Varillas ancladas Lectura mecánica, mediante flexiómetros o por medio de transductores. Precisión de 0,01 mm. Aplicaciones Medida de asientos en laderas y presas de tierras. Control de movimientos cerca de túneles y centrales subterráneas. 5

8 Control de deformaciones (LVDT) Los transductores de desplazamiento tipo LVDT funcionan desplazando un núcleo de Níquel Hierro de forma axial dentro de una bobina. La posición del núcleo origina la correspondiente distribución de inductividad en ambas mitades de la bobina, que, mediante el sistema electrónico integrado, se transforma en una señal proporcional al desplazamiento. Características técnicas Las características de los transductores dependen de la finalidad de la medida, en general existen aparatos con características que varían entre los siguientes valores: Rango de medida Linealidad 10 a 50 mm 0,25 % a 0,5 % del rango Aplicaciones Medida de desplazamientos y deformaciones, utilizándose tanto en medidas estáticas, por ejemplo en las pruebas de carga estática, como en medidas dinámicas, caso de la auscultación de desplazamientos de carriles y traviesas al paso de ferrocarriles de alta velocidad. 6

9 Control de giros (Clinómetro) : El clinómetro es un aparato de medida que puede usarse para medir tanto ángulos verticales como horizontales y sus respectivas rotaciones a lo largo del tiempo. Para ello primero se disponen embebidas en el material a medir los tornillos de soporte solidariamente anclados. Sobre ellos se coloca bien el lector de medida (caso de medida horizontal) o el soporte triangular de apoyo y sobre éste el lector (para el caso de medida de la rotación sobre la vertical). El lector cuenta con un sensor que consiste en un péndulo electrónico de alta sensibilidad. En cada punto de medida se toman dos lecturas separadas por 180º y se promedian. La medida resultante está referida a 1 metro ( m/m). El clinómetro cuenta con un aparato de calibración para el control periódico de su sensibilidad. Características técnicas del equipo del laboratorio: Rango de medida 50 mm/m (2,86º) Sensibilidad por dígito 0,001 mm/m Precisión 0,2 % Aplicaciones: El clinómetro se usa para la determinación del cambio de inclinación de estructuras como edificios, puentes, presas, túneles, etc. 7

10 Equipo para medida de inclinaciones : Es un aparato que consta de tres elementos: la placa base de control, el sensor y el equipo de lectura. El sensor proporciona una señal eléctrica proporcional al seno del ángulo de inclinación de su base con la horizontal o vertical. El sistema de lectura del sensor se realiza mediante un servo-acelerómetro y se efectúa estacionando la base del sensor sobre la placa base de control mediante dos barras de alineación situadas en la base del sensor y poniéndolas en contacto con los salientes de la placa base de control, cada vez que se realiza una lectura. Características técnicas del equipo del laboratorio: Rango de medida Sensibilidad 30º con la horizontal o vertical 10 segundos sexagesimales Aplicaciones: Control de movimientos angulares (horizontales y verticales) de inmuebles, muros, pilotes, etc. 8

11 Control de apertura de grietas : Para el control de apertura de grietas se introducen en el material tres pernos, fijándolos solidariamente con mortero. Para su colocación se utiliza la plantilla triangular, disponiéndose uno de sus lados sensiblemente paralelo a la grieta a medir. Durante las sucesivas medidas se coloca el aparato de medida sobre los pernos, registrándose las tres longitudes de los lados. La evolución de la apertura de la grieta queda de esta forma geométricamente definida. Características técnicas de los equipos del laboratorio: El Cedex cuenta con tres aparatos de medida, los tipo D350, D500 y 250: D350 D Longitud de medida 350 mm 500 mm 250 mm Rango de medida 25 mm ( 12,5 mm) 40 mm ( 20 mm) 10 mm ( 5 mm) Precisión 0,010 mm 0,010 mm 0,010 mm Aplicaciones: Medida de desplazamiento en fisuras y juntas (por ejemplo en edificios, presas, puentes, etc) y también movimientos y deformaciones sobre estructuras de hormigón o acero, sobre muestras etc. Con calibración controlable en cualquier momento por medio de una barra-test. 9

12 Equipos topográficos para el control de movimientos de obra Para el control de movimientos, tanto en estructuras como en obras de tierra (desmontes, terraplenes, pedraplenes, etc), se dispone de un conjunto de aparatos topográficos de alta precisión tales como; niveles, estaciones totales, plomada óptica, miras de invar., etc. Características técnicas de los equipos del laboratorio: Un nivel ZEISS NI-2 de 32 aumentos, dotados de nivel esférico de sensibilidad 15 /2 mm, campo visual de 2,3 m por cada 100 m. Se les puede acoplar sobre el tubo del objetivo un micrómetro de placa plana, mediante el cual es posible alcanzar la elevada exactitud de 0,5 hasta 1 mm. También se les puede acoplar un prisma (plomada óptica) con el que poder desviar la visual del NI- 2 por un ángulo recto y a una exactitud de pocos segundos. Dos estaciones totales. Un modelo WILD TC2002, con sensibilidad de 0,1 y desviación típica de 0,5 para medición de ángulos y una precisión en medida de distancias sobre prismas (3 a 120 m) de 0,2-0,3 mm. El otro es un modelo Pentax ATS, con un rango en distancias de 2400 m y precisión (2+2 ppm x D) mm, y una medición de ángulos con una precisión de 1 y sensibilidad de 0,5 /1. Tres miras de invar, dos de longitud 2 m y divisiones de 0,5 cm y una de 3 m de longitud con divisiones de 1 cm. Aplicaciones Medidas de movimientos (asientos, giros, etc) de edificios, estructuras, terraplenes, canales etc. Medición de movimientos durante la realización de pruebas de carga. 10

13 Control de convergencias Para el control de convergencias se disponen dos anclajes como puntos de referencia de la distancia que se va a auscultar en la estructura (existen diversos tipos de anclajes apropiados para distintos materiales). A estos anclajes se conecta el hilo de Invar de la longitud requerida junto con el aparato llamado distómetro. Se utiliza hilo de Invar ya que sometido a una tensión uniforme permanece con una longitud constante prácticamente independiente de la temperatura. El distómetro contiene el medidor de desplazamiento y el aparato tensor. Durante la medida el aparato tensor da la tensión requerida al cable y con el medidor se obtiene la convergencia entre los puntos de referencia. El aparato dispone de calibradores tanto del aparato tensor como del medidor de desplazamiento. Características técnicas del equipo del laboratorio: Longitud del hilo de Invar Variación de longitud susceptible de medición Precisión (error medio cuadrático): 1 a 50 m 100 mm 0,02 mm para longitud hasta 20m 10-6 L, para longitud mayor de 20m Aplicaciones Mide la variación de longitud entre dos puntos unidos a través de hilo de Invar. Las aplicaciones más usuales son control de control de convergencias en estructuras, por ejemplo bóvedas, secciones de túnel, seguridad en canales o zanjas, etc. 11

14 Control de asientos mediante línea continua Con este método es posible seguir el curso de los asientos en un número de secciones y de puntos de un terraplén. Para ello se dispone una tubería-guía horizontalmente, por ejemplo de plástico resistente y suficientemente protegida, a la altura elegida en la sección transversal del terraplén a medir. En general se dispondrá durante la construcción aunque es posible atravesar un terraplén existente con una máquina de sondeos. La tubería se hunde con el terraplén al producirse los asientos. El sistema de auscultación consiste en introducir por la tubería-guía otra tubería que consta a su vez de dos tubos, uno exterior de nylon, relleno con la mezcla aguaanticongelante, y otro también de nylon de menor diámetro, que sirve a la vez como referencia para la presión atmosférica y para contener en su interior un cable mediante el cual se transmiten al instrumento de lectura las modificaciones del transmisor de presión que va en su extremo. La presión en el transmisor corresponde en cada momento a la diferencia de altura entre este y la superficie del líquido de la tubería. Conocida por topografía la cota del punto fijo donde se coloca el medidor y al poder medir la altura sobre el punto fijo de la superficie libre, restando el valor del transductor de presión tendremos la cota de la sonda y por tanto la evolución de los asientos en el tiempo a lo largo de esa alineación. Características técnicas del equipo del laboratorio: Rango de medida de la unidad de lectura: mm (opcionalmente mm) Precisión de la unidad de lectura: 0,01 % 2 unidades Rango de medida del transmisor: 0-1 bar (0-100 kpa) Aplicaciones Medida de asientos en terraplenes en secciones no accesibles mediante las técnicas usuales 12

15 Control de tensiones 13

16 Control de presiones totales Las células de presión total están formadas por dos placas de acero soldadas entre las cuales se encuentra situado un fluido considerado incompresible. La célula está conectada mediante un tubo de acero a un transductor formando un circuito hidráulico cerrado. Cuando se aplica una presión sobre la célula esta presuriza el fluido lo cual es medido por el transductor de presión. Este transductor puede ser neumático, de cable vibrante, o tipo banda extensiométrica. La salida en voltios del transductor es después transformada a unidades de presión con la carta de calibración de cada célula que suministra el fabricante. Características técnicas Las dimensiones de las placas son variadas, en general circulares de = 170 mm: Aplicaciones Rango de medida: 0,1 0,5 N/mm 2 Linealidad: 0,1 % rango Alimentación: 2,5 v Sensibilidad: 0,5 % rango Las células de presión total están diseñadas para medir presiones actuando sobre superficies planas, usándose para obtener tensiones tanto verticales como horizontales en las distintas capas de infraestructuras carreteras y ferroviarias. Otras aplicaciones comunes en cuanto a medida de tensiones se encuentran en las cimentaciones de estructuras, presas, construcción de túneles etc. 14

17 Sonda para el control de niveles piezométricos Para medir la evolución del nivel piezométrico de una zona se introduce en los sondeos este sensor. Por cambio de conductividad de los electrodos situados en su extremo, al introducirse en el medio líquido, se induce una corriente que provoca una señal luminosa o acústica. En este momento se registra la profundidad a la que se encuentra el sensor mediante el cable graduado. De esta manera se controla el nivel de agua que se pretende medir y se puede seguir su evolución en el tiempo. 15

18 Auscultación dinámica 16

19 Instrumentación para la auscultación dinámica Esta instrumentación permite el estudio de acciones dinámicas alcanzando un registro en la toma de datos de hasta muestras por segundo con los sistemas de adquisición de que se dispone. Esto hace posible el estudio, como ejemplo, de la respuesta dinámica de la superestructura e infraestructura de las líneas de alta velocidad ferroviaria frente al paso de las circulaciones a velocidades comerciales de explotación. Características técnicas Dentro del conjunto de instrumentación dinámica disponible en el mercado, cada una con sus características propias según su aplicación específica, los aparatos que ha venido utilizando el Laboratorio son: Transductores de desplazamiento tipo ménsula para medida de desplazamientos verticales relativos traviesa-subbalasto y traviesa-capa de forma. Rango de medida de 25 mm y sensibilidad de 0,01 mm. Transductores de desplazamiento tipo potenciométrico para la medida de los desplazamientos verticales carril-traviesa. Con rango de medida de 25 mm y sensibilidad del 0,25%. Sistema óptico láser para obtener los desplazamientos verticales absolutos del carril y traviesa no requiriendo contacto físico entre la base de referencia de movimiento y el punto sobre el cual se mide. Rango de medida uniaxial de 20 mm y no linealidad típica de 0,1%. Geófonos para medir velocidades de vibración en traviesa (para frecuencias de 1 0,05 Hz) y carril (frecuencias de 2 10% Hz). Acelerómetros para el control de aceleraciones en traviesa y carril. Bandas extensiométricas para la medida de la tensión transmitida al carril por cada eje de las circulaciones (bandas de cortante y flexión). Aplicaciones Estudio de la acción dinámica de circulaciones sobre estructuras o sobre los elementos de las líneas de alta velocidad ferroviaria. 17

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