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PIEZÓMETRO TIPO CASAGRANDE

 EAP:

 Curso:

Ingeniería Geológica

Hidrogeología

 Integrantes:     

Ale Veliz José Daniel Espinoza Naupay Iván Farje Parrilla Milner Benjamin Quispe Flores Felipe Fernando Reyna López Iván

 Año:

“2016 ”

Piezómetro Tipo Casagrande

1. INTRODUCCIÓN Los piezómetros tipo Casagrande son usados para medir la presión de poro en terrenos de baja y media permeabilidad. Están compuestos por una unidad de filtro conectado a la superficie con un tubo simple o doble.

2. CONCEPTOS BÁSICOS 2.1.

Piezómetro

Los piezómetros se utilizan para medir la presión (nivel) del agua subterránea así como en tuberías, en vasos comunicantes, etc. La presión de poros se puede monitorear utilizando excavaciones de observación o piezómetros, los cuales pueden ser de tubo abierto, neumáticos o de cable vibratorio. El tipo de piezómetro a seleccionar para cada estudio específico depende de las características de funcionamiento del piezómetro y de su precisión. En la mayoría de las aplicaciones geotécnicas, los piezómetros se

instalan en perforaciones para medir las presiones de agua existentes y también el aumento o disminución de la presión, debido a factores naturales o al avance de la faena El piezómetro del tipo Casagrande es un piezómetro de tubo abierto en el cual el nivel de agua es medido directamente desde la superficie con un indicador de profundidad. Aplicado en el monitoreo

de

aguas

en

Diques,

pozos

de

alimentación,

terraplenes, relaveras, etc.

2.2.

Piezómetro de Casagrande

Los piezómetros Casagrande son usados para detectar, medir y monitorear la presión de agua en terrenos de baja y media permeabilidad o rocas específicamente en la profundidad instalada o en la punta del filtro. Típicamente un sello de bentonita es instalado inmediatamente sobre y en algunos casos por debajo del filtro. El filtro es normalmente conectado a la superficie con un tubo simple o un tubo doble. El tubo doble provee un ingreso y salida de agua para limpiar el filtro interno. La presión de poro puede ser leído como columna de agua con un indicador de nivel portátil o con transductor de presión insertado en el tubo abierto (min. diam. 1 ½”). Un transductor de presión especial cónico removible, con punta ajustada con un ‘O’ ring, está diseñado para adaptarse al puerto cónico del filtro Casagrande P101 para formar un circuito piezométrico cerrado. Figura 2-1:

Esquema Típico de Piezómetro

3. APLICACIONES  Control del nivel freático del terreno  Hidrogeología e investigaciones de suministro de agua  Construcción y control de estabilidad de vías de tren y terraplenes, presas de tierra y fundaciones  Investigación de la estabilidad en pendientes naturales y cortados  Pruebas de permeabilidad para actividades de drenajes y deshidratación.

4. CARACTERÍSTICAS  Filtros disponibles en modelos diferentes para ambos tubos simples y dobles  Simple automatización con transductor de presión resistivos o de cuerda vibrante

 Disponibles con transductor de punta cónica que convierte al piezómetro Casagrande en un circuito cerrado  Amplio rango de accesorios disponibles en función de ordenar el filtro de agua.

5. FUNCIONAMIENTO El piezómetro Casagrande funciona con el principio de los vasos comunicantes. Una celda o bulbo poroso capta el agua del interior del suelo en el punto de interés y la presión que actúa en ese punto la eleva a través de un ducto recto hasta una posición (columna de agua) que equilibra la presión en el bulbo piezométrico; si este nivel de equilibrio coincide con el nivel de agua freática existente en el sitio, se tienen condiciones hidrostáticas por lo menos hasta la profundidad en que se colocó la celda permeable, la altura de la columna desde la elevación del bulbo piezométrico hasta el nivel del agua en la tubería, es la medida de la presión de poro en ese punto. El filtro de arena evita que las partículas sólidas finas del suelo emigren hacia la celda del piezómetro y lo tapen. El sello de bentonita logra que el agua que se introduce al piezómetro sea de una profundidad o estrato específico y no se tengan aportaciones de agua de estratos superiores haciendo que el nivel de agua dentro del piezómetro sea precisamente el de dichos estratos. Para medir el nivel de agua dentro del tubo vertical del piezómetro, se emplea una sonda eléctrica, que en términos muy generales es un circuito eléctrico abierto mediante la separación de las puntas de un cable eléctrico, el cual al introducirse en el tubo vertical y descenderlo hace contacto en el agua cerrando el circuito; en superficie esto se ve porque se produce un cambio de voltaje que prende una luz o activa una chicharra.

La variación de las presiones de poro se obtiene con la medición de las distancias de la superficie libre del agua en el ducto, respecto al nivel de elevación del brocal del tubo de PVC del piezómetro; con esta distancia y el nivel de elevación del bulbo piezométrico, se obtiene la longitud de la columna de agua que interesa. Desde su creación y hasta la fecha, este tipo de piezómetro se sigue utilizando porque ha demostrado dar resultados confiables si se construyen correctamente. El punto crítico de la construcción es el sello de bentonita, sobre todo cuando se tiene que colocar a profundidades considerables.

6. INSTALACIÓN DE PIEZÓMETROS DE CASAGRANDE La instalación de los piezómetros de Casagrande son realizados por lo general dentro de un sondaje o perforación, ya sea realizada con fines hidrogeológicos, geotécnicos o de exploración geológica. En la instalación de este tipo de piezómetros, se usan tuberías y tapas de PVC Schedule 80 de 2” de diámetro, de unión roscada en los extremos, diseñadas especialmente para este tipo de instrumentación.

Figura 6-2:

Esquema Típico de Piezómetro

.

La longitud de la sección ranurada será de 5 metros (esta longitud puede aumentar según criterio del supervisor de campo), las ranuras serán de 1 mm de espesor. Dado el carácter temporal de los piezómetros, generalmente estos se rellenan de arena silícea granulada con D50 = 2 mm. La arena silicea deberá de ser colocada un metro por encima del nivel superior del tramo de tubería ranurada. Encima de la capa de arena silícea, se coloca un sello de un metro de espesor de bentonita granulada. Finalmente, sobre el sello de bentonita, se coloca una mezcla de bentonita en polvo, cemento y agua.

En la superficie el pozo será protegido mediante una señalización que permita su rápida ubicación y monitoreo. Asimismo, se recomienda la construcción de un dado de concreto (e=10 cm) de 40cmx40cm como se muestra en la Figura 6-1. Se recomienda que el monitoreo se realice una vez por día durante los primeros 15 días, luego una vez por semana hasta antes de su desactivación por la futura construcción y operación de la mina. En la Figura 6-1 se presenta el esquema de la colocación de los piezómetros geotécnicos.

7. VERSIONES

DEL

PIEZÓMETRO

CASAGRANDE

(ABIERTO) Actualmente se tienen diferentes versiones del piezómetro abierto, en los que se ha sustituido el filtro de arena por un geosintético colocado alrededor del bulbo. También en el procedimiento constructivo ha habido innovaciones, y ahora algunos piezómetros abiertos pueden colocarse hincando la celda permeable (Geonor modelo M-206, Piezómetro Cambridge, etc.).

Se considera que el procedimiento de hincado debe aceptarse con reserva si dichos elementos son colocados en materiales coloidales blandos, ya que el suelo circundante a la celda permeable hincada es comprimido

y

desplazado,

provocando

su

remoldeado

y

consecuentemente disminuye su permeabilidad y aumenta el tiempo de respuesta, el cual podría ser mayor al que tomaría colocar la celda en una perforación previa donde el remodelo es mínimo. La opinión anterior surge del análisis que se hizo de los factores que afectan el funcionamiento de los drenes verticales prefabricados (en el capítulo

correspondiente) y donde se concluye que el factor de remodelo afecta de manera muy importante la operación adecuada de los drenes.

El tiempo de respuesta, es decir el tiempo necesario para que el nivel del agua dentro del tubo vertical alcance el equilibrio dependerá de las propiedades permeables del suelo en donde se coloque la celda permeable. Por dicha razón, se recomienda que la celda permeable se construya en estratos de arena o de alta permeabilidad. Figura 7-3:

Bulbo de Piezómetro Abierto Empacado En Arena Y

Bolsa de Geotextil

8. TOMA DE LECTURA Y CÁLCULO DE PRESIONES La sonda más comúnmente usada es la sonda eléctrica, que consiste en un cable de dos conductores eléctricos con una barra cilíndrica pesada

de acero inoxidable en su extremo inferior, y un dispositivo de lectura. El extremo superior del cable se conecta a una batería y a un indicador de luz, una alarma o un amperímetro. La punta se baja dentro del tubo del piezómetro y, al encontrar la superficie del agua, el circuito eléctrico se cierra y se acciona el indicador. Si se usa un cable graduado, se toma la lectura que corresponda en la posición del nivel del brocal; en su defecto, se marca el cable en ese punto y con una cinta métrica se mide la distancia entre este punto y el extremo inferior del cable; en la siguiente figura, se muestran varios tipos de sonda. Figura 8-4:

Tipos De Sondas Eléctricas Para Medir El Nivel Del

Agua En Piezómetros Casagrande

9. VENTAJAS Y LIMITACIONES Algunas de las ventajas de los piezómetros de cabeza abierta son los siguientes:  Son simples y fáciles de interpretar.

 Su durabilidad y permanencia en el tiempo es muy buena (no existe problemas de corrosión, un largo y exitoso período de desempeño, no requiere mantenimiento).  Son fáciles de mantener.  Se pueden utilizar unidades de medida portátiles (los datos tomados del

piezómetro

pueden

utilizarse

con

poco

o

ningún

cálculo matemático)  Se puede muestrear el agua freática.  Se pueden utilizar para medir la permeabilidad del suelo.  Costo de instalación relativamente barato (aunque la perforación puede ser costosa). Entre las limitaciones de los piezómetros Casagrande se puede mencionar:  Son de respuesta lenta con el tiempo (el tiempo de lectura es relativamente largo y puede ser dañado durante construcción o interferir con el equipo).  Los filtros pueden taparse con la entrada repetida de agua (Los filtros porosos pueden llegar a obstruirse por la repetida entrada y salida del agua).  El tubo debe extenderse lo más verticalmente posible (lo cual excluye el monitoreo de áreas por debajo del embalse).  Las instalaciones en limo están sujetas a problemas resultantes de la tendencia de partículas finas a penetrar dentro del relleno de arena, reduciendo la sensibilidad del piezómetro.  La limitación más importante es que no permiten medir los niveles pico de presión durante tormentas cuando los piezómetros se encuentran instalados en arcillas

Tabla con un resumen de las características de los piezómetros Casagrand Neumátic

Cuerda

e

o

Vibrante

Respuesta

Lenta

Rápida

Rápida

Precisión

Alta

Media

Alta

Automación

Imposible

Difícil

Simple

Conexión a un data-logger

No

No

Sim

No

No

Sí

Riesgo potencial de daños por descargas eléctricas

10. REFERENCIAS Juarez Badillo (2005); Mecánica de Suelos, Bakelma.