2.Instalación

2.1Pruebas preliminares

Siempre es aconsejable, antes de que comience la instalación, verificar que las celdas funcionen correctamente. Cada celda se suministra con una hoja de calibración, que muestra la relación entre los dígitos de lectura y la presión, así como la lectura inicial de cero sin carga. (La Figura  en la Sección 4 muestra una hoja de calibración típica). Los cables eléctricos de la celda (generalmente los cables rojo y negro) están conectados a una caja de lectura (vea la Sección 3) y la lectura cero dada en la hoja de calibración se compara con la lectura cero actual. Las dos lecturas no deben diferir en más de 50 dígitos después de tener debidamente en cuenta las correcciones realizadas para diferentes temperaturas, presiones barométricas y altura sobre el nivel del mar y la posición real de la celda (ya sea de forma vertical u horizontal).

Al presionar la celda, debería ser posible cambiar los dígitos de lectura, haciendo que caigan a medida que aumenta la presión.

Puede verificar también la continuidad de la corriente eléctrica usando un ohmímetro. La resistencia entre los cables del medidor debe ser de aproximadamente 180 ohmios, ±5%. Verifica la resistencia entre los dos cables del termistor (normalmente blanco y verde). Utilizando la Tabla 5 del Apéndice B, convierta la resistencia a temperatura. Compare los resultados con la temperatura ambiente actual. La resistencia entre cualquier conductor y la protección no deberá exceder los 20 megaohmios. Recuerda agregar la resistencia del cable durante la verificación (los cables de cobre trenzados calibre 22 AWG son aproximadamente de 14.7Ω por 1,000 pies (48.5Ω por km), multiplica por dos para ambas direcciones).

2.2Instalación de la celda de presión

2.2.1Instalación de las celdas de presión de suelos modelo 4800 en el interior de rellenos y terraplenes

Las celdas de presión de suelos se instalan normalmente con las superficies planas horizontales para medir las tensiones verticales. Sin embargo, se pueden colocar en otras orientaciones, dentro del relleno, para medir tensiones en otras direcciones, por ejemplo, una celda colocada con las superficies planas verticales medirá las tensiones horizontales en una dirección perpendicular a las placas de la celda. A veces se colocan en ángulos de 45 grados.

La experiencia ha demostrado que los intentos de medir las presiones de suelos en rellenos fracasan con frecuencia. El problema es doble. En primer lugar, la distribución de la tensión en el relleno puede ser inherentemente variable debido a las distintas propiedades del suelo y a los distintos grados de compactación del suelo. Por lo tanto, la tensión del suelo en un lugar puede no ser típico de los lugares circundantes. En segundo lugar, una celda instalada directamente en el relleno podría resultar en la creación de una zona anómala inmediatamente alrededor de la celda donde puede haber un material diferente, de grano más fino, con menos compactación. (El material alrededor de la celda puede estar mal compactado debido a la necesidad de evitar daños en la celda.)

En un relleno de tierra, no se esperaría que esta zona de mala compactación fuera un problema, ya que se supone que la tierra de arriba se mueva hacia abajo para llenar los vacíos y consolidar el terreno. Sin embargo, bajo la influencia del agua de lluvia y la vibración, cualquier espacio en el suelo inmediatamente alrededor, y especialmente debajo, de la celda puede crecer, provocando que la celda se desacople por completo del suelo que la rodea. En tales situaciones, las tensiones internas del suelo rodean la celda en lugar de atravesarla. Entonces, la celda registrará solo una presión muy baja, que no cambia mucho a medida que aumentan las cargas. Esta situación ocurre con frecuencia.

Método de lechada débil

Una forma de evitar el problema es colocar la celda dentro de una lechada débil. Un método utilizado con éxito en Sudáfrica, por Oosthuizen et al, utiliza esencialmente técnicas similares a la descrita en la Sección 2.2.5. La instalación de las celdas comienza cuando el relleno alcanza una altura de un metro por encima del nivel del instrumento. La ubicación del instrumento y las zanjas de los cables se excavan a un metro de profundidad, la cavidad del instrumento, con lados inclinados a 45° (Figura 10).

10:    

Figura 10: Instalación de la celda de presión de suelos modelo 4800

Las celdas (modelo 4800-1-1P, completas con tubos manguito y asas) se colocan sobre una capa delgada de lechada de cemento y arena que no se encoge, y se clavan en su posición utilizando las asas de las celdas provistas para este propósito. La cavidad excavada se rellena luego a una profundidad de 300 mm con un cemento débil en capas de 100 mm, vibrado con un vibrador interno. Después de 24 horas, las celdas se presurizan apretando los tubos manguitos hasta que la presión en la celda, que se muestra en un cuadro de lectura conectado, comienza a cambiar.

La ubicación del instrumento que contiene las celdas cementadas y la zanja de cables se rellena luego en capas de 250 mm, utilizando el mismo material que el relleno principal colocado a mano y compactado con pisones de relleno neumáticos o de gasolina, o rodillos vibratorios de zanjas. Después de esto, pueden continuar con las prácticas estándar de llenado y compactación de la construcción.

Los grupos de celdas de presión de suelos, colocados de acuerdo con los métodos descritos anteriormente, pueden instalarse en zanjas, debajo del nivel del terraplén temporal o en rampas por encima del nivel del terraplén temporal. En presas, por ejemplo, suele ser conveniente instalar en zanjas en el núcleo de relleno laminado impermeable, y en rampas en las zonas de filtración y zonas de concha de relleno de roca compactada. En terraplenes de tierra conviene instalarlo en zanjas. Al hacerlo, se pueden obtener más fácilmente grados adecuados de compactación del relleno sin dañar los grupos de celdas o los conjuntos de cables. A medida que se cubren y compactan las celdas, se deben tomar lecturas repetidas para asegurarse de que las celdas continúen funcionando correctamente.

Vea la Sección 2.3 sobre la instalación y protección de los cables.

Tabla 1: Proporciones para dos mezclas de lechada

Método alternativo

En este método, la celda de presión utilizada para monitorear las presiones verticales de la tierra se coloca directamente en el relleno. Los procedimientos son similares a los de la Sección Método de lechada débil, excepto que la celda de presión no tiene un tubo manguito y se prescinde de la capa de lechada débil. En cambio, la celda se coloca sobre una almohadilla de mortero de fraguado rápido. Esto se hace para asegurar un contacto uniforme con el suelo en el fondo de la zanja. Luego, la celda se cubre con tierra colocada en capas de 300 mm y compactadas como antes.

2.2.2Instalación de celdas de presión de contacto ("Fat Back") modelo 4810

Esta sección detalla las instrucciones de instalación para las celdas de presión de suelos modelo 4810, que se utilizan para medir las presiones de suelos en estructuras. En los rellenos para muelles, pilotes, estribos de puentes, muros de contención, alcantarillas y otras estructuras, las celdas pueden instalarse dentro de una estructura de concreto que se va a verter o directamente sobre la superficie de una estructura existente. Para muros pantallas, la celda de presión de suelos modelo 4820 se utiliza como se describe en la Sección 2.2.4.

Instalación en concreto vertido

Al verter concreto, las celdas se pueden sujetar a los encofrados con clavos a través de las asas soldadas al borde de la celda. Coloque la celda de modo que la placa delgada sensible a la presión esté directamente contra el encofrado de concreto. Clave las placas al encofrado ligeramente de tal manera que se enganchen lo suficiente con el concreto y no se salgan del concreto cuando se quiten los encofrados. Enrute el cable dentro del concreto hasta un lugar de lectura conveniente o hasta un bloque en el interior donde se pueda enrollar el cable sobrante. Proteja el cable de daños durante la colocación del concreto y la vibración atándolo a barras de refuerzo adyacentes. Vea la Figura 11.

11:    

Figura 11: Fijación del modelo 4810 al encofrado de concreto

Instalación en superficies existentes

Las asas soldadas al borde de la celda se pueden usar para sujetar la celda contra la estructura usando clavos, tirafondos, alambre de amarre, etc. Incluso si la superficie es lisa, pero especialmente cuando la superficie es rugosa o irregular, se requiere una almohadilla de mortero entre la celda y la estructura. Vea la Figura 12.

12:    

Figura 12: Instalación de la celda de presión de contacto modelo 4810

Use las asas de la celda como plantilla para ubicar la posición para perforar los orificios para la instalación de anclajes de expansión o instale los anclajes cerca y use alambre para mantener las celdas en su lugar. Alternativamente, la celda se puede clavar en su lugar usando las asas como guía.

Mezcle un poco de mortero de cemento de fraguado rápido o cemento epóxico. Aplique esto con una paleta en la superficie y luego empuje la celda hacia el cemento para que el exceso de cemento salga por los bordes de la celda. Mantenga la celda en su lugar mientras el cemento se asienta y luego complete la instalación agregando los tirafondos (usando los anclajes de expansión) y apretando o clavando la celda en su lugar. Proteja la celda, la carcasa del transductor y el cable del contacto directo con grandes trozos de roca cubriéndolos con un material de relleno de grano fino del que se hayan eliminado todos los trozos de más de 10 mm (0.5"). Este material se mantiene cerca de la celda y el cable a medida que se coloca el relleno. Se puede lograr una protección adicional del cable mediante el uso de un conducto metálico sujeto a la superficie de la estructura.

2.2.3Instalación de la celda de carga hidráulica modelo 4815

Una instalación particular, que se muestra en la Figura 13, utilizó la celda de carga hidráulica modelo 4815 para medir la carga concentrada en el revestimiento en un túnel de un pilote de madera existente (que soporta una construcción superior) que había sido cortado por la excavación del túnel en suelo congelado. La celda de carga fue diseñada para medir cualquier aumento de carga en el revestimiento del túnel que pudiera ocurrir cuando, al final de la construcción del túnel, se permitió que el suelo se descongelara. La celda de carga se colocó debajo del fondo de la pila y se mantuvo temporalmente en su lugar con asas y una almohadilla de mortero hasta que se roció el revestimiento del túnel de concreto proyectado.

13:    

Figura 13: Celda de carga hidráulica modelo 4815 que mide cargas en el revestimiento de un túnel

2.2.4Instalación de celdas de presión "Jackout" modelo 4820 en zanjas pantalla

La celda de presión Jackout (JOPC) primero debe ensamblarse en el marco Jackout (pieza geokon # 4820-5 o 4820-6). El ensamblaje se muestra en la Figura 14. La placa de soporte tiene un orificio circular cortado y orificios para pernos para encajar en la celda de presión Jackout y está conectada a un extremo de un gato hidráulico de doble acción por medio de puntales de acero. La placa de soporte y la placa de reacción están arqueadas en la parte superior e inferior para evitar que se enganchen en los lados de la zanja pantalla. La placa de reacción está unida al otro lado del gato hidráulico de doble acción. El gato está sujeto firmemente al cable de refuerzo y dispuesto de manera que las placas se muevan libremente hacia afuera. La línea hidráulica y el cable de señal se atan a una de los refuerzos a intervalos de un metro (~ tres pies).

Cuando la jaula de refuerzo se ha bajado a su profundidad adecuada, el gato se activa, forzando las dos placas contra los muros de la zanja.

14:    

Figura 14: Instalación de la celda de presión Jackout modelo 4820

La observación de la presión indicada por el JOPC (consulte la Sección 3 para conocer las instrucciones de lectura) indicará cuándo la celda ha contactado con el muro. Bombee el gato hasta que la lectura de JOPC indique una presión aproximada de 70 KPa (10 psi) mayor que la presión de la pantalla a la profundidad del JOPC. Esto asegura que la celda se apoye contra los muros de la zanja y que la presión de la lechada de concreto no cerrará el gato, lo que podría permitir que las placas de reacción se alejen de los muros de la zanja. Verifique la lectura del JOPC de vez en cuando, porque la presión puede desvanecerse si los muros de la zanja son blandos y flexibles. Vuelva a presurizar según sea necesario. Deje el gato presurizado hasta que la lechada se haya asentado.

2.2.5Instalación de celdas para medir la presión del suelo en la base de zapatas, losas, pavimentos, etc.

La experiencia ha demostrado que los intentos de medir las presiones de suelos de contacto en la base de zapatas, losas, pavimentos, etc., fracasan con frecuencia. El problema es doble. En primer lugar, la distribución de la tensión de contacto puede ser inherentemente variable debido a las distintas propiedades y a los distintos grados de compactación del suelo. Por lo tanto, la tensión de contacto en un lugar puede no ser típico de los lugares circundantes. En segundo lugar, una celda instalada como se describe en la Sección 2.2.1 podría resultar en la creación de una zona anómala inmediatamente alrededor de la celda donde puede haber un material diferente, de grano más fino, con menos compactación. (El material alrededor de la celda puede estar mal compactado debido a la necesidad de evitar daños en la celda.)

En un relleno de tierra, esta zona de mala compactación no sería un problema, ya que la tierra de arriba se moverá hacia abajo para llenar los vacíos y consolidar el terreno. Sin embargo, donde hay una losa de concreto inmediatamente encima de la celda, esta consolidación puede no ocurrir. De hecho, bajo la influencia del agua de lluvia y la vibración, los espacios alrededor de la celda pueden crecer, provocando que la celda se desacople por completo del concreto de arriba. En tal situación, la losa de concreto forma un puente sobre el espacio y las cargas en el concreto rodean la celda en lugar de atravesarla. La celda registra solo una presión muy baja, que no cambia a medida que aumentan las cargas.

La mejor manera de evitar el problema es colocar la celda dentro del concreto si es posible. Esto a menudo se puede hacer cuando la capa de unión de concreto inicial se extiende sobre la superficie del suelo. En este momento, se presiona una celda de presión de suelos modelo 4800-1-1P con un tubo manguito en la capa de unión para que descanse contra el suelo debajo. Se puede usar un trípode con peso para mantener la celda de tensión en su lugar hasta que el concreto se endurezca. El tubo manguito está dispuesto para sobresalir por encima de la capa de unión y, cuando el concreto se ha endurecido, se utiliza para presurizar la celda y asegurar un buen contacto entre la celda y el concreto circundante. Vea la Figura 15. La ventaja de este método es su sencillez y que permite compactar completamente el suelo debajo del concreto de la forma habitual.

15:    

Figura 15: Instalación de la celda de presión de suelos modelo 4800-1-1P

2.2.6Instalación de celdas de presión Push-in para medir presiones de suelos laterales

El modelo 4830 está diseñado para ser empujado en suelos blandos utilizando las barras de perforación disponibles, generalmente AW. A menos que el suelo sea muy blando, se recomienda perforar un pozo hasta aproximadamente dos pies de la ubicación deseada y luego empujar la celda el resto del camino.

Algunas cosas para tener en cuenta:

   Efectos de la temperatura

Esta celda de presión es relativamente rígida debido a la geometría y la necesidad de una construcción robusta para empujar en el suelo. Siempre es recomendable obtener las lecturas de presión cero antes de la instalación en el pozo a la temperatura del pozo. Es posible que el sensor tarde mucho tiempo en alcanzar el equilibrio térmico, pero esta es una medida importante y si no es posible tomar esta lectura en el pozo, es posible tomar la lectura en un balde de agua que está a la temperatura del suelo.

   Saturación del piezómetro

El filtro y el sensor del piezómetro vienen saturados de fábrica y sellados con cinta Mylar. No retires la cinta hasta justo antes de que el sensor esté instalado en el suelo. El filtro se satura dibujando un vacío en el sensor y luego permitiendo que el agua fluya hacia el sensor cuando se libera el vacío. Si el sensor debe instalarse y luego retirarse para su uso en otros sitios, el proceso de saturación debe realizarse en cada instalación. geokon puede suministrar el equipo portátil necesario para lograr esto.

   Presión excesiva

Al empujar la celda hacia el suelo, es posible que se generen presiones que excedan el rango de escala completa del sensor, lo que provoque que el sensor experimente un cambio de cero o incluso un daño permanente. Para evitar esto, se deben tomar lecturas a medida que se presiona el sensor. Cuando la presión indicada se acerca al 150% de la escala completa, la operación de empuje debe terminarse hasta que la salida del sensor regrese a su rango calibrado.

   Cableado de sensores

Tabla 2:    Tabla de cableado del 4830

2.3Instalación y empalme de cables

Los procedimientos de colocación de cables varían según las instalaciones individuales. Sin embargo, en general, todas las instalaciones tienen en común los siguientes requisitos:

1.El cable debe protegerse contra daños por partículas angulares del material en el que está incrustado.

2.El cable debe protegerse contra daños por los equipos de compactación.

3.En terraplenes y rellenos de tierra y roca, el cable debe protegerse contra estiramientos como resultado de la compactación diferencial del terraplén.

4.En estructuras de concreto, el cable debe protegerse de daños durante la colocación y vibración del concreto.

En terraplenes, los cables pueden estar incrustados en una cubierta protectora de arena o materiales de terraplén finos seleccionados. Una instalación típica podría comprender, por ejemplo, la colocación de una serie de cables en una capa preparada que consta de no menos de 200 mm (8") de material fino seleccionado compactado. Para establecer un grado aceptable sin interferencia indebida con las operaciones de construcción, la capa preparada puede ubicarse en una zanja o en una rampa expuesta. En presas de pedraplenes con núcleos de relleno de tierra, por ejemplo, con frecuencia es conveniente instalar cables en zanjas en las zonas de núcleo y filtro fino, y en rampas en el filtro grueso y zonas de concha de pedraplenes compactadas. Los cables individuales deben tener una separación mínima de 12 mm (0.5") y ningún cable debe estar a menos de 150 mm (6") del borde de la capa preparada. En casos en los que los cables deban cruzarse entre sí, o en los que se deba colocar más de una capa de cables en una matriz determinada, los cables deben estar separados entre sí por un intervalo vertical de no menos de 50 mm (2") de arena compactada a mano o material fino seleccionado de terraplén. Dado que la capacidad de alargamiento del cable eléctrico es bastante sustancial, no es necesario instalar el cable con meandros en forma de "S".

Durante el relleno de zanjas en presas de tierra, un tapón, de aproximadamente medio metro (dos pies) de ancho, hecho de una mezcla de bentonita al 5% (por volumen) de una fuente aprobada y que exhibe un factor de hinchamiento libre de aproximadamente 600%, y 95% de material de terraplén, se puede colocar en las zanjas a intervalos de no más de 20 metros (50 pies). El propósito de los tapones de bentonita es reducir la posibilidad de filtración de agua a través del núcleo del terraplén a lo largo de las zanjas rellenadas.

El cable se puede marcar con etiquetas de cable Mylar. Para un cable individual, el número de identificación debe estar pegado cerca del extremo del cable. Se pueden especificar etiquetas de cable adicionales para ayudar en la identificación si es necesario desenterrar cables para empalmarlos, etc.

Los kits de empalme recomendados por geokon incorporan moldes, los cuales se posicionan alrededor del empalme y luego se rellenan con epóxico para impermeabilizar las conexiones. Cuando están bien hechos, este tipo de empalmes equivalen o son mejores que los cables en fuerza y propiedades eléctricas. Contacta a geokon para obtener materiales para empalmes e instrucciones adicionales para el empalme de cables.

Pueden terminarse los cables decapando y estañando los conductores individuales y luego conectándolos a un cable de conexión de la consola de lectura. En forma alternativa, puede usar un conector que se enchufará directamente a la consola de lectura o a un receptáculo en un cable de conexión especial.

2.4Ruido eléctrico

Debe tener cuidado al instalar los cables del instrumento para mantenerlos tan lejos como sea posible de fuentes de interferencia eléctrica como líneas eléctricas, generadores, motores, transformadores, soldadoras de arco, etc. Los cables nunca deben enterrarse o correr junto a líneas de corriente alterna. Los cables del instrumento captarán el ruido de 50 o 60 Hz (u otra frecuencia) del cable de alimentación y esto probablemente causará un problema para obtener una lectura estable. Contacte a la fábrica para saber más sobre opciones de filtrado disponibles para usar con los registradores de datos y lectores geokon si tiene alguna dificultad.

2.5Lecturas iniciales

En el momento de la instalación, debe tomar y registrar las lecturas iniciales cuidadosamente, junto con la presión barométrica y la temperatura. Tome las lecturas iniciales mientras la celda está en posición, antes de cubrirla con relleno y verter el concreto. ¡Nuevamente, es imperativo que se tomen las lecturas iniciales con carga cero!