CURSO GEOTECNIA INSTRUMENTACION Profesor: Sr. Luis Merino Ingeniero Civil de Minas, MSc., DIC
Ingeniería de Rocas Ltda. Av. Presidente Riesco 3074, Of. 22, Las Condes, Santiago, Chile. Fono: 562-3355161 Fax: 562-335-5162 Página Web: www.ingeroc.com
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO PROPÓSITO DE LA INSTRUMENTACIÓN. POR QUÉ MEDIR Por uno o más de los factores siguientes: – Protección del personal y prevención de accidentes. – Obtención de información para diseño. Análisis inverso de zonas de pruebas – Verificación de supuestos del diseño. Comparación entre comportamiento comportamien to esperado y real (como parte integral de proceso de diseño) – Investigación de colapsos y situaciones de inestabilidad en desarrollo – Evaluación de medidas correctivas para prevenir colapsos – Medición de impacto en el medio ambiente de la actividad minera (aguas, subsidencia) PLANIFICACION DEL SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN – Definición de las condiciones del proyecto – Predecir los mecanismos que controlan el comportamiento (de la masa rocosa) – Definir las dudas geotécnicas que requieren ser respondidas – Definir el propósito de la instrumentación – Seleccionar los parámetros a ser monitoreados – Predecir magnitud de los cambios – Definir acciones de remedio – Asignación de tareas para diseño, construcción y operación – Selección de instrumentos – Selección ubicación de instrumentos – Registro de información que puede afectar los datos medidos – Establecer procedimientos para asegurar lecturas correctas – Plan de calibración y mantención, registros, procesamiento, presentación,
interpretación, informes
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO PROPÓSITO DE LA INSTRUMENTACIÓN. POR QUÉ MEDIR Por uno o más de los factores siguientes: – Protección del personal y prevención de accidentes. – Obtención de información para diseño. Análisis inverso de zonas de pruebas – Verificación de supuestos del diseño. Comparación entre comportamiento comportamien to esperado y real (como parte integral de proceso de diseño) – Investigación de colapsos y situaciones de inestabilidad en desarrollo – Evaluación de medidas correctivas para prevenir colapsos – Medición de impacto en el medio ambiente de la actividad minera (aguas, subsidencia) PLANIFICACION DEL SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN – Definición de las condiciones del proyecto – Predecir los mecanismos que controlan el comportamiento (de la masa rocosa) – Definir las dudas geotécnicas que requieren ser respondidas – Definir el propósito de la instrumentación – Seleccionar los parámetros a ser monitoreados – Predecir magnitud de los cambios – Definir acciones de remedio – Asignación de tareas para diseño, construcción y operación – Selección de instrumentos – Selección ubicación de instrumentos – Registro de información que puede afectar los datos medidos – Establecer procedimientos para asegurar lecturas correctas – Plan de calibración y mantención, registros, procesamiento, presentación,
interpretación, informes
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO PARÁMETROS A CONTROLAR Y NIVEL DE CONTROL REQUERIDO NIVELES DE CONTROL Nivel I Objetivo
Nivel II
Nivel III
Apl Aplicab cable a cua cualquier zon zona
Aplica licab ble a áreas problema lema..
Apl Aplicabl cable e a zon zonas muy muy inestab tables.
de la min mina. Dete Detect ctar ar prim primer eros os
Real Realiz izar ar segu seguim imie ien nto con continu tinuo o
Zona Zonas s de con condici dicion ones es part partic icu ulare lares. s.
síntomas de inestabilidad
sector comprometido.
Zonas de recuperación de
Nivel de vigilancia
Nivel de pre-alarma
pilares. Nivel de Alarma
Características del
Sencillez. Controlar de la
Sistema específico para el
Equipos específicos y singulares.
sistema de instrumen-
for forma más más se sencil cilla los parárá-
tipo de pro prob blema detect tecta ado.
Con Control rolar en en for forma exhaustiv tiva
tación
más representativos.
Controlar inestabilidad en el
la estabilidad de las labores.
tiemp empo y efect fecto o de de med mediidas
Mantener la labores res en en la las mej mejo ores
correctivas.
condiciones de seguridad
Características de los
Fia Fiabilida idad. Sen Sencil cillez.
Fiabilid lidad. Pre Precis cisión ión.
Fiab iabilidad. Preci recis sión. Rap Rapidez de
sensores
Larga vida
Posibilidad de automatización
respuesta. Mínimo mantenimiento.
y/o lectura remota.
Lectura remota y posibilidad de automatización.
Equipos de lectura y
Equ Equipos de lect ectura portá rtátil tiles
Toma de lectu cturas ras en puntos tos
Toma de lectu cturas en zon zonas se-
puntos de control
y le lectura ma manual. To Toma de de
ubicados en en zo zonas se seguras.
guras.Estaciones fifij as as. Es Estacio-
lect lectu ura en el luga lugarr del del inst instru ru--
Equ Equipos ipos port portát átil iles es y cen central trales es
nes auto automá máti tica cas. s. Equ Equipos ipos de
mento.
de conexión. Lectura manual.
control remoto.
Estaciones fijas de lectura. Estaciones automáticas de lectura. Seguridad del
Peri Perioc ocid idad ad medi media a en la toma toma
Mayor ayor peri perioc ocid idad ad y fre frecu cuen enci cia a
Mayo Mayorr fre frecu cuen enci cia a de de lec lectu tura ras s.
sistema
de lect lectur uras as.. Trat Tratam amie ient nto o de
de lect lectur uras as.. Trat Tratam amie ien nto de
Trat Tratam amie ient nto o de dato datos s comp compu utata-
datos actualizado.
datos computariz ad ado.
rizado.Posibilidad de transmisión
Tran Transm smis isió ión n de dato datos s en form forma a
dire direct cta a de dat datos os.. Posi Posibi bili lida dad d
auto automa mati tiza zada da vía vía cabl cable e o tel telee-
de actu actuac ació ión n por por sof softw twar are e de de
metría.
sistemas de alarma.
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO PARÁMETROS A CONTROLAR Y NIVEL DE CONTROL REQUERIDO NIVEL DE CONTROL I Parámetro de Control Convergencia
Equipos
Objetivo
Cinta métrica
Control de movimientos entre dos puntos.
Tubos extensométricos
Control de estabilidad de techos y muros
Expansión lateral de
Extensómetros mecánicos horizontales
Control de estabilidad de pilares.
pilares
Extensómetros de varillas de un anclaj e Deformómetros
Descenso de techos.
Medidores de convergencia.
Control de la estabilidad de techos y estratos
Movimie mientos y separaciones
Ext Extensómet metros de posición múl múltiple,
superiores. Determin minación de la zona de
en estratos de techo
de cable o barras.
roca afectada.
Hundimie miento. Asentamie miento
Niv Nivelación topográfic fica de precisión.
Con Control de asentamie mientos o subsidencia
de superficie
Celdas hidráulicas de control de
en superficie.
asentamientos. Estallidos de roca
Equipos de control de vibraciones o
Predicción y control de estallidos de rocas
control sísmico. Equipos para Variaciones de esfuerzos Filtraciones de aguas, cau-
Equipos de nivel. Aforadores.
Control de agua en las excavaciones
dales y presiones
Piezómetros
Temperatura
Termómetros
Control térmico de la mina
Grietas, fisuras,
Observación visual
Control permanente para detectar en forma
desprendimientos
Instrumentos caseros
oportuna situaciones de inestabilidad
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO PARÁMETROS A CONTROLAR Y NIVEL DE CONTROL REQUERIDO NIVEL DE DE CONTROL CONTROL II Y III Parámetro de control
Equipos
Objetivo
Convergencias
Medidores de convergencia con
Vigilancia de zonas inestables,
Descensos de techos
sensores de salida eléctrica y
activando sistemas de alarma
lectura remota
cuando los límites son sobrepasados
Deformaciones en el
Extensómetros de posición múltiple
Control de deformaciones alrededor
macizo
con sensores eléctricos y lectura
de pilares y en las proximidades de
remota.
cámaras o cavidades mineras. Evolución en el tiempo.
Apertura de grietas grietas o planos
Medidores de grietas con transducto transductores res
Control de la evolució evolución n de grietas. grietas.
geológicos
eléctricos
Influencia de la explotación.
Estallidos de roca
Equipos de control de vibraciones y
Control de la evolución y progreso de
control sísmico
estallidos de roca y roturas y desprendimientos
Ten Tensiones ones de pil pilares ares y maci macizo zos s
Ens Ensayos ayos para para la dete determ rmiinaci ación de ten ten-
Dete Determ rmin inac aciión del del es estado tado ten tension ional
siones. Inclusiones rígidas.
existente y su evolución en el tiempo. Estudio de la influencia de la explotación.
Presiones
Celdas de carga, hidráulicas o eléctricas.
Control de presiones en zonas de
Celdas de presión total.
relleno o hundimiento. Control de
Pernos instrumentados.
presiones en el sistema de sostenimiento.
Vibr Vibrac aciiones, es, mic micros rosismos mos,
Equ Equipos pos de cont ontrol rol din dinámi ámico. Con Control rol de
Cont ontrol rol din dinámi ámico de las est estruc ructura turas s.
ruidos
voladuras. Niveles de vibración, control
Estudios de estabilidad
sísmico y emisión acústica Fotografías
Cámaras de inspección de sondaj es
Inspección visual de sondajes para detección de fracturas y fallas
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL – Sensores – Sistema de transmisión de datos – Equipos de lectura o adquisición de datos – Equipos de proceso y tratamiento de datos
FUENTES DE ERROR DESCRIPCIÓN DE CONCEPTOS – Exactitud – Precisión
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO DESCRIPCIÓN DE CONCEPTOS – Resolución – Sensibilidad – Linearidad
– Ruidos (factores externos, interferencias) – Error (desviación del valor medido respecto al valor verdadero)
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO FUENTES DE ERROR – Errores propios del instrumento – Errores por condiciones de trabajo y funcionamiento (temperaturas, protecciones) – Errores por falta de mantenimiento (evitar daños, calibración) – Errores por incompatibilidad de diferentes elementos TIPOS DE ERROR – Errores gruesos (descuido, inexperiencia, mala instalación, malas conexiones) – Errores sistemáticos (mala calibración, no linearidad) – Errores por medio ambiente. (Influencia temperatura, vibraciones, humedad, otros) – Errores humanos de medición en las lecturas MEDICION DE VARIACIONES DE ESFUERZOS EN LA ROCA Se utiliza para diagnosticar una condición de estabilidad crítica, en situaciones en que la roca se aproxima a una condición de fallamiento, causada por un aumento o un descenso en los esfuerzos. (Un descenso de esfuerzos puede generar inestabilidad por falta de confinamiento. METODOS PARA MEDIR VARIACIONES DE ESFUERZOS – Medidas repetitivas de esfuerzos absolutos – Técnicas geofísicas (En estado de desarrollo preliminar) – Mediciones en pozos (con inclusiones rígidas o suaves) Inclusiones suaves tienen rigidez baja relativa a la roca. Requiere propiedades de la roca para estimación de cálculo de esfuerzos. (Rigidez menor a 1/3 en comparación con la roca). El instrumento ofrece baja resistencia a la deformación de la roca, de modo que los valores medidos dependen de los esfuerzos y propiedades elásticas de la roca. Inclusiones rígidas se diseñan para ser rígidas en relación a la roca. Para determinar los esfuerzos se requiere conocimiento aproximado de las propiedades de la roca. La rigidez del instrumento debe ser aproximadamente 3 veces la rigidez de la roca.
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA VARIACION DE ESFUERZOS
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA VARIACION DE ESFUERZOS
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INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA VARIACION DE ESFUERZOS
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INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA MEDIR DEFORMACIONES
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INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA MEDIR DEFORMACIONES
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA MEDIR DEFORMACIONES
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA MEDIR DEFORMACIONES
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA MEDIR DEFORMACIONES
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA MEDIR DEFORMACIONES
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA MEDIR DEFORMACIONES
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO INSTRUMENTOS PARA MEDIR DEFORMACIONES
INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO PIEZÓMETROS TIPO
Pozo de observación
Piezómetro abierto
Piezómetro cerrado
SISTEMA DE MEDIDA
Tubo ranurado instalado en el interior de un pozo cuyo nivel de agua se mide con una sonda
Tubo ranurado en su extremo inferior, instalado en un pozo. El extremo inferior se sella para evitar transmisión de presiones intersticiales en el interior del taladro. La medida de nivel se realiza con una sonda
Sensor que detecta la presión intersticial en un punto mediante un transductor que da una señal proporcional a los cambios de presión El transductor puede ser neumático, de resistencia eléctrica o de cuerda vibrante
OBSERVACIONES Equipos para medir niveles freáticos en terrenos permeables No se pueden emplear cuando existen capas artesianas Su tiempo de respuesta es largo, en especial en terrenos poco permeables Movimientos grandes pueden dañar los tubos o casing. Equipos para medidas de presiones intersticiales en terrenos permeables Sólo se pueden instalar en un punto del pozo Su tiempo de respuesta es largo, en especial en terrenos poco permeables Movimientos grandes pueden dañar los tubos o casing. Equipos para control de presiones intersticiales en uno o varios puntos situados en el interior de un pozo. Su tiempo de respuesta es corto, aún en terrenos poco permeables. Son poco afectados por movimientos que se puedan producir en el talud. Los de cuerda vibrante son precisos y fiables, permiten trransmitir señales a más de 1000m Los de resistencia eléctrica pueden ser afectados por variaciones de temperatura. Los neumáticos son aconsejables para distancia entre sensor y unidad menor de 200m