4.Instalación

4.1Instalación en tuberías o pozos

1.Sature la piedra del filtro y establezca una lectura inicial cero siguiendo los pasos descritos en la Sección 3.1 y en la Sección 3.2.

¡Advertencia! ¡No permita que el piezómetro se congele cuando la piedra del filtro haya sido saturada!

2.Marque el cable en donde coincida con la parte superior de la tubería o pozo cuando el piezómetro haya alcanzado la profundidad deseada. (El diafragma del piezómetro se encuentra a ¾ de pulgada por encima de la punta del piezómetro).

3.Baje el piezómetro dentro de la tubería o pozo.

4.Asegúrese de que el cable esté ajustado con seguridad para evitar que el piezómetro se deslice demasiado dentro del pozo provocando un error en las lecturas.

 

Figura 3: Instalación típica de monitoreo de nivel

No es recomendable que se instalen piezómetros en pozos o tuberías con bombas eléctricas o cables cercanos. La interferencia eléctrica proveniente de estas fuentes pueden provocar lecturas inestables. Si no se puede evitar, se recomienda que se coloque el piezómetro dentro de un tubo de acero. En situaciones en las que se usan obturadores en la tubería, debe tenerse especial cuidado para evitar cortar la cubierta exterior del cable con el obturador, ya que eso podría provocar una posible fuga de presión en el cable.      

4.2Instalación en barrenos

Los piezómetros geokon pueden instalarse en barrenos que tengan o no carcasa, ya sea en configuración simple o múltiple. Si se van a monitorear presiones de poro en un área en particular, debe ponerse especial atención a la técnica de sellado del barreno.

El barreno debe de extenderse seis o 12 pulgadas por debajo del lugar propuesto para el piezómetro. Los barrenos deben perforarse sin lodo de perforación o usando un material que se degrade rápidamente con el tiempo, como Revert™. Elimine del barreno los residuos de la perforación. Rellene el fondo del barreno con arena fina limpia hasta cubrir seis pulgadas por debajo de la posición deseada de la punta del piezómetro. Después puede bajarse el piezómetro a su posición. (De preferencia, el piezómetro estará encapsulado en una bolsa de tela con arena limpia y saturada). Mientras mantiene el instrumento en posición, (hacer una marca en el cable puede resultar de ayuda) llene el barreno de arena fina limpia hasta cubrir seis pulgadas sobre el piezómetro.

A continuación, se detallan tres formas de aislar la zona a monitorear.

Instalación A

Inmediatamente sobre el área rellena de arena fina limpia, conocida como el “área de recolección”, el barreno debe sellarse con una mezcla de bentonita y lechada de cemento, o con capas alternadas de bentonita y recubrimiento de arena, apisonadas en su lugar por un pie aproximadamente, seguidas de recubrimiento común (vea la Figura 4).

Si se van a usar varios piezómetros en un solo orificio, la bentonita y la arena deben ser apisonadas en su lugar por debajo y sobre los piezómetros superiores y también a intervalos entre las áreas del piezómetro. Al usar herramientas para apisonar se debe tener especial cuidado para garantizar que las cubiertas exteriores del cable del piezómetro no se corten durante la instalación, ya que eso podría provocar una posible fuga de presión en el cable.

Instalación B

El barreno debe ser llenado de la zona de recolección hacia arriba con una lechada de bentonita impermeable.

 

Figura 4: Instalaciones típicas en barrenos

Instalación C

Debe tomarse en cuenta que debido a que el piezómetro de cuerda vibrante es en esencia un instrumento de no flujo, no se requieren áreas de recolección de tamaño considerable. El piezómetro puede colocarse en contacto directo con la mayoría de los materiales, siempre y cuando los materiales finos no puedan desplazarse a través del filtro. La más reciente consideración es que no es necesario proveer áreas de arena y que el piezómetro puede colocarse contenido en lechada dentro del barreno usando solamente una lechada de bentonita con cemento. Sin embargo, se han obtenido buenos resultados colocando el piezómetro dentro de una bolsa de tela llena de arena antes de la lechada.

La regla general para la instalación de piezómetros de esta forma, es el uso de una lechada de bentonita que imite la resistencia del suelo circundante. Debe tenerse énfasis en controlar la proporción de agua y cemento. Esto se logra mezclando primero el cemento con el agua. La forma más efectiva de mezclar ambas sustancias es usar una bomba de perforación para hacer circular la mezcla en un barril o tubo de entre 50 y 200 galones.

Haga lodo de perforación usando cualquier tipo de polvo de bentonita en combinación con cemento Portland tipo I o tipo II. La cantidad exacta de bentonita que se necesita tendrá variaciones. La Tabla 1 muestra dos posibles mezclas para resistencias de 50 psi y 4 psi.

Tabla 1: Proporciones de Cemento / Bentonita / Agua

Agregue la cantidad medida de agua limpia al barril y luego agregue gradualmente el cemento en la proporción de peso correcta. Agregue lentamente el polvo de bentonita para que no se formen grumos. Siga agregando bentonita hasta que la mezcla líquida adquiera una consistencia aceitosa/viscosa. Deje que la lechada se espese durante 5 a 10 minutos. Agregue más bentonita según se requiera hasta que la mezcla sea una crema espesa y suave similar a la masa para hot cakes, que sea tan fuerte como fácil de bombear.

Al bombear la lechada (a menos que la tubería tremie se vaya a quedar en su lugar), retire la tubería tremie después de cada tanda, la cantidad correspondiente al nivel de la lechada en el barreno.

¡PRECAUCIÓN! Si se bombea la lechada dentro del orificio, en lugar de a través de una tubería tremie, existe el peligro de que el piezómetro quede sobrepasado y se dañe. Debe evitarse bombear directamente hacia el fondo del barreno. Una buena práctica es tomar la lectura del piezómetro mientras se bombea.

Para más información sobre la lechada, consulte "Piezómetros en barrenos totalmente lechados" de Mikkelson y Green, procedimientos del FMGM, Oslo, 2003. Hay copias disponibles en geokon.

4.3Instalación en rellenos y diques

Los piezómetros geokon se proporcionan normalmente con un cable adecuado para enterrarse directamente en rellenos como diques de carreteras y presas, tanto en los materiales del núcleo como en los circundantes.

Para instalación en materiales de relleno no cohesivos, el piezómetro puede colocarse directamente en el relleno, o si existen conglomerados de grandes dimensiones, en una bolsa de arena saturada en el relleno. Si se instala en conglomerados grandes, es posible que deban tomarse medidas adicionales para proteger al cable de daños.

En rellenos como núcleos impermeables de presas, en donde podría ser necesario medir la presión de poro subatmosférica del agua, (en lugar de la presión de poro del aire), suele usarse una punta de cerámica con alto nivel de admisión de aire. Este tipo de filtro debe colocarse con cuidado en contacto directo con el material de relleno compactado. (Vea la Figura 5).

Los cables se instalan normalmente dentro de zanjas con materiales de relleno que consisten en conglomerados de menor tamaño. El relleno alrededor del cable se compacta cuidadosamente con la mano. Se colocan tapones de bentonita a intervalos regulares para evitar que el agua se desplace a lo largo de la ruta del cable. En zonas de alto tráfico y en materiales que presentan una “ondulación” pronunciada, deben usarse cables blindados de uso rudo.      

 

Figura 5: Filtro de alta admisión de aire

En rellenos parcialmente saturados (si solo se medirá la presión de poro del aire), basta con la punta estándar. Debe tomarse en cuenta que la punta gruesa estándar (de baja admisión de aire), mide la presión del aire cuando hay una diferencia entre la presión de poro del aire y la presión de poro del agua. La diferencia entre estas dos presiones se debe a la succión capilar del suelo. La opinión general es que la diferencia normalmente no tiene consecuencias sobre la estabilidad del dique.

El filtro de la punta gruesa es adecuada para la mayoría de mediciones de rutina. Tanto la instalación que se muestra en la Figura 5 como la instalación que se muestra en la Figura 6 pueden usarse con el filtro estándar del piezómetro.

 

Figura 6: SOLO filtros de baja admisión de aire

4.4Instalación por empuje o penetración en suelos blandos

El piezómetro modelo 4500DP está diseñado para ser empujado en suelos blandos. En suelos blandos, puede ser difícil mantener abierto un barreno. El 4500DP podría eliminar por completo la necesidad de un barreno. La unidad está conectada directamente al tubo de perforación (AW, EW u otra) y es empujado dentro del suelo, ya sea a mano o a través de un sistema hidráulico (vea la Figura 7). Las unidades también pueden incrustarse en el suelo, pero existe la posibilidad de que la fuerza empleada durante la penetración cambie la lectura cero.

El suelo debe ser relativamente blando para que el 4500DP sea eficaz. Los suelos blandos (como arcilla o cieno) con un conteo de 10 golpes en un Sondeo de Penetración Estándar (SPT) son ideales. En suelos más firmes, es posible hacer una perforación y luego empujar el 4500DP a solo unos pies por debajo del fondo del orificio. Si el suelo es demasiado firme, el sensor podría sobrepasarse o romperse.

 

Figura 7: Instalación típica en suelos blandos

El piezómetro debe estar conectado a una consola de lectura que debe ser monitoreada durante el proceso de instalación. Si la presión alcanza o excede el rango calibrado, debe interrumpirse la instalación para permitir que se disipe la presión.

El tubo de perforación puede dejarse en el lugar o retirarse. Si se va a retirar, se fija directamente a la punta del piezómetro una sección especial de cinco pies de tubo EW (o AW) con aletas de reacción y de rosca izquierda. Esta sección se separa del resto de la cuerda de perforación girándola en el sentido de las manecillas del reloj. Las aletas de reacción evitan que el tubo EW gire. Un adaptador LH/RH está disponible en geokon. El adaptador y la cuerda de perforación se retiran.      

4.5Transductor modelo 4500H y 4500HH

Cuando se conecta el transductor Modelo 4500H a accesorios externos, el accesorio debe ajustarse a un puerto de entrada de ¼-18 NPT usando una llave inglesa en las partes planas de la carcasa del transductor. Evite apretar en un sistema cerrado; el proceso de apretar los accesorios podría sobrepasar o dañar permanentemente el transductor. En caso de duda, conecte los cables del medidor a una consola de lectura y tome lecturas conforme aprieta. Se recomienda el uso de cinta de PTFE
(o de plomero) en las roscas para una conexión más fácil y segura con el transductor. La presión máxima para el 4500H es de 3 MPa.

El Modelo 4500HH de geokon está diseñado para entornos de alta presión. Este modelo usa un accesorio de entrada de ⁷⁄₁₆-20, hembra, de presión media, a 60 grados. La presión máxima para el 4500HH es de 75 MPa.

¡PRECAUCIÓN! Todos los sensores de alta presión son potencialmente peligrosos. Debe tenerse cuidado de que no sobrepasen su rango de calibración. Los sensores son probados a un 150% de su rango para proporcionar un factor de seguridad.

4.6Cajas de empalme y conexión

Debido a que la señal de salida de la cuerda vibrante es una frecuencia y no una corriente o voltaje, las variaciones en la resistencia del cable tienen muy poco efecto sobre las lecturas del medidor. Por lo tanto, empalmar los cables no tiene efecto alguno y, en ciertos casos, de hecho puede ser conveniente. Por ejemplo, si se instalan varios piezómetros en un barreno y la distancia del barreno a la caja de bornes o registrador de datos es muy grande, puede hacerse un empalme (o caja de conexión) para conectar los cables individuales a un solo cable multiconductor (vea la Figura 8). Este cable multiconductor podría después correrse hasta la estación de lectura. Para este tipo de instalaciones, se recomienda que el piezómetro venga con cable suficiente para alcanzar la profundidad de la instalación, y cable adicional para pasar a través de equipos de perforación (tubos, varillas, etc.).

El cable usado para empalmes debe ser cable par trenzado de alta calidad, con blindaje del 100% y un hilo de drenaje reforzado integral. Al hacer empalmes, es muy importante que los cables de drenaje se empalmen juntos. Los kits de empalme recomendados por geokon incorporan moldes que se posicionan alrededor del empalme y luego se rellenan con epoxi para impermeabilizar las conexiones. Cuando están bien hechos, este tipo de empalmes equivalen o son mejores que los cables en fuerza y propiedades eléctricas. Contacte a geokon para obtener materiales para empalmes e instrucciones adicionales para el empalme de cables.

Las cajas de conexión y las cajas de bornes están disponibles en geokon para todo tipo de aplicaciones. También hay consolas de lectura portátiles y registradores de datos disponibles. Contacte a geokon para obtener información específica sobre las aplicaciones.

 

Figura 8: Instalación típica de varios piezómetros

4.7Protección contra rayos

En lugares expuestos, es muy importante proteger al piezómetro contra descargas de rayos. Un supresor de sobretensión tripolar de plasma, que protege contra picos de voltaje a través de los conductores de entrada, está integrado en el cuerpo del piezómetro (vea la Figura 1).

Otras medidas de protección contra rayos incluyen:

■La colocación de un tablero supresor de rayos (LAB-3), alineado con el cable y lo más cerca posible del piezómetro instalado (vea la Figura 9). Estas unidades utilizan supresores de tensión y diodos transzorbs como protección adicional para el piezómetro. Este es el método recomendado de protección contra rayos.

■Las cajas de bornes están disponibles en geokon y pueden ordenarse con protección contra rayos integrada. El tablero de bornes usado para crear las conexiones del medidor cuenta con una forma para instalar supresores de sobretensión de plasma. También puede incorporarse un tablero supresor de rayos (LAB-3) a la caja de bornes. La caja de bornes debe contar con una conexión a tierra para que estos niveles de protección sean efectivos.      

■Si la lectura del instrumento se va a hacer manualmente con un dispositivo de lectura portátil (no una caja de bornes), una forma sencilla de ayudar a proteger contra daños ocasionados por rayos es conectar los conductores del cable con conexión a tierra cuando no se estén usando. Esto ayudará a desviar las cargas pasajeras inducidas en el cable con conexión a tierra y lejos del instrumento.

 

Figura 9: Esquema de protección contra rayos recomendado

4.8Protección contra congelamiento

El congelamiento del agua alrededor del piezómetro podría dañar el diafragma del piezómetro, provocando grandes cambios en la lectura cero. Si el piezómetro va a ser usado en lugares susceptibles al congelamiento, geokon puede hacer modificaciones especiales para proteger el diafragma del piezómetro.