Instituto Profesional Inacap

Instrumentos utilizados para medir esfuerzos del macizo rocoso por medio de inclinómetro y extensómetro.

NOMBRE: JUAN FUENZALIDA ROJAS

IQUIQUE, 20 DE JUNIO DE 2015

INGENIERÍA EN MINAS

FUNDAMENTO DE MECÁNICA DE ROCAS

PROFESOR: JORGE MARTINEZ

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INDICE

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I.-Introducción…………………………………………………………………………….4

II.- Inclinómetro…………………………………………………………………………..5

2.1 Componentes principales……………………………………………………5

2.2 Clasificación…………………………………………………………………6

2.3 Función……………………………………………………………………….6

2.4 Instrumento………………………………………………………………….6

III.- Extensómetro……………………………………………………………………….7

3.1 Extensómetros verticales…………………………………………………..7

3.2 Extensómetros horizontales……………………………………………….7

3.3 Tipos de instrumento (clasificación general)…………………………..8

3.3.1 Extensómetro de Cinta Manual……………………………………………….8

3.3.2 Extensómetro de cinta digital………………………………………………….8

3.3.3 Extensómetro de varilla……………………………………………………………9

3.3.4 Extensómetro de barra telescópica……………………………..9

3.4 Galgas extensiómetricas…………………………………………………10

3.4.2 Como actúan………………………………………………………10

IV.- Ejemplos de instrumentos para medir esfuerzos…………………………….11

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V. Conclusión…………………………………………………………………………..12

VI. Glosario………………………………………………………………………….13

VII. Webgrafía………………………………………………………………………14

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INDICE DE FIGURAS

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Figura 1. Esquema de un inclinómetro………………………………………………5

Figura 2. Inclinómetro de punta……………………………………………………….6

Figura 3. Extensómetro vertical……………………………………………………….7

Figura 4. Diagrama de instalación de un extensómetro horizontal…………….7

Figura 5.Extensómetro de Cinta manual……………………………………………8

Figura 6. Extensómetro de cinta digital……………………………………………..8

Figura 7. Extensómetro de varilla…………………………………………………….9

Figura 8. Extensómetro de barra telescópico……………………………………….9

Figura 9. Galgas extensiométricas…………………………………………………..10

Figura 10. Fórmula para determinar el esfuerzo………………………………….10

Figura 11. Tubería inclinométrica…………………………………………………11

Figura 12. Spot de cuerda vibrante………………………………………………….11

Figura 13. Medidor manual de extensómetro de varilla………………………….11

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I. INTRODUCCIÓN

Dentro de la industria minera suelen presentarse problemas con los desplazamientos repentinos de terreno o macizo rocoso, lo cual afecta directamente a la seguridad del personal y maquinarias, y a la vez entorpece la debida realización de las operaciones mineras, es debido a esto y a otras necesidades más que es necesario predecir dichos desplazamientos para estar atentos a las condiciones riesgosas que se pueden manifestar. Son inclinómetros y extensómetros los que nos ayudan a determinar los desplazamientos horizontales y verticales geológicos, y además los esfuerzos que se realizan durante ese desplazamiento.

Las características principales de estos instrumentos y algunos tipos de éstos son los que se presentarán a continuación con el objetivo principal de informar y familiarizar al alumnado acerca de la instrumentaría comúnmente utilizada en la industria minera, para que en el futuro pueda utilizar esta información y desempeñarse de la mejor manera posible.

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II. INCLINÓMETRO

Los inclinómetros son utilizados para el monitoreo de mediano y largo plazo de taludes y laderas que están propensas a desplazamientos, realizando un estudio continuo de estas es posible determinar la dirección, velocidad y aceleración de los movimientos del terreno que son producidos por fenómenos naturales o por la intervención directa del hombre.

2.1 COMPONENTES PRINCIPALES

Un sistema de inclinómetro está compuesto por cuatro componentes principales:

Un tubo guía de ABS o aluminio anodizado, instalado dentro de una perforación.

Un sensor portátil montado sobre un sistema de ruedas que se mueven sobre la guía del tubo.

Un cable de control que baja y sube el sensor y transmite señales eléctricas a la superficie, es el sensor el que nos envía los datos para poder determinar los esfuerzos.

Un equipo en la superficie (el cual es el proveedor de energía) recibe las señales eléctricas, presenta las lecturas y en ocasiones puede guardar y procesar los datos.

Figura 1. Esquema de un inclinómetro.

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2.2 CLASIFICACIÓN

Los instrumentos se diferencian de acuerdo al tipo de sensores que utilizan, los cuales dan un determinado grado de precisión. En general, los inclinómetros pueden medir deformaciones de 1,3 a 2,5 mm, en una longitud de 33 metros, equivalente a una precisión de 1: 10.000. Debemos agregar que existe un tipo de inclinómetro “in situ”, el cual emplea una serie de sensores electrolíticos; estos sensores tienen mayor precisión y suministran información continua con una precisión aproximada de 1: 25.000.

2.3 FUNCIÓN

El equipo de inclinómetro permite controlar los desplazamiento horizontales en profundidad, este equipo toma una lectura cada 0.5 metros a lo largo de todo el recorrido de la tubería. Ya tomada la lectura inicial, se tomarán lecturas posteriores en los periodos que el experto estime oportunos. La comparación de dichas lecturas, con la lectura de inicial, permite controlar los desplazamientos horizontales que se hayan producido. Partiendo del punto más profundo de la tubería, se acumulan dichos desplazamientos hasta la superficie, para obtener el desplazamiento horizontal acumulado en cabeza de la tubería. Es importante resaltar que para que dichos desplazamientos se puedan considerar absolutos, es necesario que el tramo más profundo de la tubería se encuentre localizado en zona estable.

2.4 INSTRUMENTO:

El inclinómetro de punta: se utiliza en conjunto con la cubierta del inclinómetro para la medida de los movimientos laterales de tierra; las que pueden ocurrir en cuestas, zonas de deslizamiento, caminos de presa y terraplenes inestables, camino de terraplenes. También se utiliza para medir desviaciones en las paredes de las excavaciones, ejes, túneles y en compuertas flotantes, etc.

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III. EXTENSÓMETROS

Los extensómetros pueden ser de diversos tipos, sirven en general para medir el desplazamiento vertical y algunos están diseñados para medir deformaciones horizontales.

3.1 EXTENSÓMETROS VERTICALES

Los extensómetros verticales miden el aumento o disminución de la longitud de un cable que conecta varios puntos anclados dentro de una perforación y se conoce el valor aproximado de la separación. Generalmente, se colocan pesos que mantienen la tensión en los cables. En el fondo el cable debe estar en el suelo o en roca dura y estable.

3.2 EXTENSÓMETROS HORIZONTALES

Los extensómetros permiten medir los movimientos horizontales relativos y los cambios en la amplitud de las grietas. El extensómetro es utilizado para medir el movimiento relativo comparando la distancia entre dos puntos de una forma manual o automática.

Figura 2. Inclinómetro de punta.

Figura 3. Extensómetro vertical.

Figura 4. Diagrama de instalación de un extensómetro horizontal.

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3.3 TIPOS DE INSTRUMENTO (CLASIFICACIÓN GENERAL)

3.3.1 Extensómetro de Cinta Manual: está diseñado para medir los pequeños cambios de distancia en las paredes o techos opuestos de las excavaciones, túneles u operaciones mineras. También puede ser utilizado para supervisar la deformación en estructuras, para apoyar y para medir los movimientos de cuestas inestables. El uso principal incluye monitorear deformaciones en minería y en obras civiles y para el monitoreo de deformaciones de deslizamientos de tierra.

3.3.2 Extensómetro de cinta digital: su función recae en medir pequeños cambios de distancia entre las paredes o techos opuestos de las excavaciones, túneles u operaciones mineras. Puede también ser utilizado para supervisar la deformación en estructuras, para apoyar y para medir los movimientos de cuestas inestables. La lectura se proporciona electrónicamente en un panel delantero LCD, digital. Su uso principal incluye monitorear deformaciones en minería y en obras civiles.

Figura 5.Extensómetro de Cinta manual.

Figura 6. Extensómetro de cinta digital.

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3.3.3 Extensómetro de varilla: este equipo es usualmente instalado en perforaciones, y es utilizado para medir deformaciones axiales (compresión y tracción) a lo largo de esta perforación. Consiste en unas varillas corredizas o alambres tensados, anclados en determinados puntos de barreno. Sus usos principales incluyen monitorear deformaciones en minería y en obras civiles, y también para el monitoreo de deformaciones de deslizamientos de tierra activos o potencialmente activos, además de ser un método muy eficaz en el monitoreo de obras duraderas.

3.3.4 Extensómetro de barra telescópica: el objetivo es medir la convergencia, en otras palabras, las variaciones de las distancias en función del tiempo, entre dos puntos de referencia situados sobre el contorno de cualquier excavación subterránea, siendo estas mediciones importantes para el control de deformaciones en estudios relacionados al comportamiento del macizo rocoso y al diseño de excavaciones subterráneas. El campo de aplicación es en minería y obras civiles.

Figura 7. Extensómetro de varilla.

Figura 8. Extensómetro de barra telescópico.

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3.4. GALGAS EXTENSIÓMETRICAS

Una galga extensiométrica o extensómetro es un sensor, que sirve para medir la deformación, presión, carga, torque, posición, entre otras cosas, que está basado en el efecto piezorresistivo, el cual es la propiedad que tienen ciertos materiales de cambiar el valor representativo de su resistencia cuando se le somete a ciertos esfuerzos y se deforman en dirección de sus ejes mecánicos. Un esfuerzo que deforma la galga producirá una variación en su resistencia eléctrica, esta variación puede ser por el cambio de longitud, el cambio originado en la sección o el cambio generado en la resistividad. La galga hace una lectura directa de la deformación longitudinal en cierto punto del material que es analizado.

3.4.2 COMO ACTUAN:

Las galgas extensiométricas aprovechan la propiedad física de la resistencia eléctrica, la cual no solo depende del material del conductor sino también de la forma de éste. Cuando el conductor es deformado dentro de su límite de elasticidad, éste se volverá más estrecho y alargado. Esto incrementa su resistencia eléctrica. Por otro lado cuando el conductor es comprimido se acorta y ensancha, reduciendo así su resistencia eléctrica. Midiendo las ya nombradas resistencias se puede deducir la magnitud del esfuerzo aplicado sobre el objeto.

Es debido indicar que se entiende por esfuerzo a la cantidad de deformación de un cuerpo debida a la fuerza aplicada en él. En términos matemáticos esfuerzo (ε) se define como la fracción de cambio de longitud.

Figura 9. Galgas extensiométricas.

Figura 10. Fórmula para determinar el esfuerzo.

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IV. EJEMPLOS DE INSTRUMENTOS PARA MEDIR ESFUERZOS:

-Tuberías inclinométricas son tuberías especiales, que son utilizadas para controlar los movimientos horizontales del terreno y/o armaduras. La deformación de este se obtiene gracias a las medisiones que realiza una sonda inclinométrica.

-Spot (extensómetros) de cuerda vibrante para soldar: son especialmente diseñados para realizar mediciones de las deformaciones en aceros, barras de refuerzo, pilas de estructuras temporales, etc.

-Medidor manual de extensómetro de varilla: es un cable digital adaptado para la medida de las varillas incluidas en el cabezal del extensómetro. Con éste se pueden leer los extensómetros.

Figura 11. Tubería inclinométrica

Figura 12. Spot de cuerda vibrante

Figura 13. Medidor manual de extensómetro de varilla

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V. CONCLUSIÓN

Es de vital importancia determinar el desplazamiento geológico que se está produciendo en el área de trabajo, y con ayuda de la instrumentaría expuesta en este informe uno podrá determinar dicho movimiento y la velocidad a la que ocurre, lo que será de mucha ayuda para saber dónde se presentara el mayor riesgo, y así se podrá actuar a tiempo y de la mejor manera posible. Al conocer los esfuerzos que se están ejerciendo uno podrá determinar cual podrá ser la fortificación más óptima (escogiendo e instalando el material que soporte dicho esfuerzo).

Los equipos de inclinómetro y extensómetro son los que nos ayudan a conseguir los datos o información necesaria para determinar los esfuerzos que se nos están presentando.

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VI. GLOSARIOo Anodizado: es un proceso que consiste en obtener de manera

artificial capas de óxido de mucho más espesor y con mejores características de protección que las capas naturales, estas se obtienen mediante procesos químicos y electrolíticos.

o Electrolíticos: electrolisis: la descomposición de un cuerpo producido por electricidad.

o Absolutos: representativos.o Axiales: axial: es el adjetivo perteneciente o relativo al eje,

también se define como fundamental, central o principal.o Torque: puede ser traducido como esfuerzo de torsión. El torque

hace que se produzca un giro sobre el cuerpo que lo recibe.o Piezorresistivo: piezorresistividad: es la propiedad de algunos

materiales conductores y semiconductores, cuya resistencia eléctrica cambia cuando se les somete a un esfuerzo o estrés mecánico.

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VII. WEBGRAFÍA

o Documento de slidshare, “Asignaturas más relevantes de ingeniería civil”. Autor Armando Cordero.

http://es.slideshare.net/armandocorderomaldonado/asignatura-ms-relevantes-de-ingeniera-civil

o Página web: INGEROC SpA, “Instalación y monitoreo de inclinómetros”

http://www.ingeroc.com/sitio/index.php?option=com_content&view=article&id=71&Itemid=81

o Documento PDF: Instrumentación geotécnica y estructural. Presentado por MeKano4, S.A.

https://www.google.cl/search?q=sensores+para+medir+esfuerzos+verticales+geotecnia&oq=sensores+para+medir+esfuerzos+verticales+geotecnia&aqs=chrome..69i57j0j69i60l2j0l2.16469j0j7&sourceid=chrome&es_sm=0&ie=UTF-8

o Documento PDF: Deslizamientos: análisis geotécnico, Capítulo 12: instrumentación y monitoreo. Autor: Jaime Suarez

o Documento PDF: “ Galgas Extensiométricas Strain gages 1”. Autor: Javier Sosa

http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/procesos/apuntes/Strain_Gages_1.pdf

o Documento PDF: “Capítulo 3: Galgas extensiométricas: sus tipos y sus principios”.

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