1.Teoría de Funcionamiento
Los medidores de tensión de cuerda vibrante geokon están diseñados principalmente para realizar mediciones a largo plazo en los cambios de tensión en roca, utilizando un transductor de cuerda vibrante para medir la deformación de un anillo de acero con paredes gruesas precargado en un barreno por un ensamblaje de un calce y una placa, como se muestra en la figura de abajo.
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Figura 1: Medidor de tensión de cuerda vibrante
Al usarse, los cambios de tensión en la roca imponen cambios en la carga del cuerpo del medidor provocando desviaciones en su cuerpo, esta desviación indica un cambio en la tensión y frecuencia de resonancia en la vibración del componente de cuerda vibrante. El cuadrado de la frecuencia de vibración es directamente proporcional al cambio en el diámetro del medidor y, por calibración, al cambio de tensión en la roca.
La calibración real del medidor depende de varios factores, incluidas las constantes elásticas de la roca en donde está instalado, la tensión previa aplicada durante la instalación, la posición del medidor de tensión con respecto a la dirección de la tensión en la roca principal y al área de contacto de la placa. Por lo tanto, la precisión de la lectura del medidor es sumamente indeterminada, y la magnitud de la tensión indicada solo puede ser aproximada.
Un ensamblaje de bobina e imán localizado cerca del cable, se usa para excitar al cable y percibir la frecuencia resultante de la vibración. Cuando el medidor está conectado, se aplica una pulsación de frecuencia variable al ensamblaje de bobina e imán, provocando que el cable vibre a su frecuencia de resonancia. El cable sigue vibrando, y una señal en la frecuencia del medidor se induce a la bobina receptora y se transmite a la consola de lectura en donde es acondicionada y desplegada.
En teoría, cuando la constante efectiva del medidor de tensión (de aproximadamente 28 GPa (4 x 106 PSI)) es más del doble de la constante de la roca huésped, la conversión en la lectura de los cambios de tensión no requieren un conocimiento preciso de la constante de la roca, y por esta razón se usa el término de medidor de tensión para este dispositivo. Sin embargo, en la mayoría de las rocas, especialmente en rocas más duras, debe conocerse la constante para mejorar la precisión en las mediciones de la tensión, y las curvas de calibración, que se proporcionan en el presente, muestran factores de sensibilidad para materiales de constantes diferentes. Debe tomarse en cuenta que conforme cambian las constantes de la roca por un factor de 10, el factor del medidor cambia solo por un factor de dos.
El medidor de tensión es un dispositivo uniaxial. Para evaluar por completo los cambios de tensión en un plano dado, se necesitan tres medidores de tensión, instalados a orientaciones de 0°, 45° y 90°.
El cable en los medidores de tensión Modelo Serie 4300 están colocados de forma perpendicular a la dirección a la que se carga el cuerpo del medidor, con vistas a minimizar los efectos de carga de punto, carga fuera del centro, etc. Esto le da al medidor un rango muy alto, y, conforme la carga aumenta, el cable se tensa, el cable nunca quedará flojo.
La instalación del medidor se logra al introducir un calce entre el cuerpo del medidor y la placa, que está en contacto con las paredes del barreno. La precarga de los niveles deseados, se logra al introducir aun más el calce con la herramienta de fijación. En rocas suaves, una placa de roca suave y una base de roca suave se usan para incrementar el área de contacto.
El medidor está fabricado con materiales resistentes a la corrosión y debe tener un tiempo de vida indefinido incluso bajo las condiciones más severas.