6.Reducción de datos

6.1Cálculo de la presión

Los dígitos mostrados en el canal B de las consolas de lectura de los Modelos GK-404 y GK-405 de geokon están basados en la ecuación:

 

 Ecuación 1: Cálculo de dígitos

Tome en cuenta que en la ecuación anterior, el periodo se expresa en segundos; las consolas de lectura de geokon muestran microsegundos. Por ejemplo, un piezómetro con una lectura de 8000 dígitos corresponde a un periodo de 354 µs y una frecuencia de 2828 Hz.

Los dígitos son directamente proporcionales a la presión aplicada, como puede verse en la siguiente ecuación:

Presión = (Lectura actual – Lectura inicial cero) x Factor de calibración lineal

O

P = (R₁ – R₀) x G

 Ecuación 2: Convertir dígitos a presión

Dado que la linealidad de la mayoría de los sensores es de ±0.2% F.S., los errores asociados con la no linealidad son de consecuencias menores. Sin embargo, para situaciones que requieran el grado máximo de precisión, puede ser deseable usar un polinomio de segundo grado para obtener un mejor ajuste en los puntos de datos. El uso de un polinomio de segundo grado se explica en el Apéndice C.

El reporte de calibración del instrumento (de lo cuál se muestra un ejemplo típico en el Apéndice D), muestra los datos de los que se derivan el factor lineal del medidor y los coeficientes del polinomio de segundo grado. Las columnas de la derecha muestran el tamaño del error en el que se incurre al asumir un coeficiente lineal y la mejora que puede esperarse al usar un polinomio de segundo grado. En muchos casos, la diferencia es mínima. El reporte de calibración muestra la presión en ciertas unidades de ingeniería. Estas pueden convertirse en otras unidades de ingeniería usando los factores de multiplicación que se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2: Factores de multiplicación para unidades de ingeniería

Nota: Debido a los cambios en la gravedad específica con temperatura, los factores para mercurio y agua en la tabla anterior son aproximados.

6.2Corrección de la temperatura

Los materiales usados en la construcción de los piezómetros de cuerda vibrante geokon han sido cuidadosamente seleccionados para minimizar los efectos térmicos; sin embargo, la mayoría de las unidades todavía tienen un ligero coeficiente de temperatura. Consulte el reporte de calibración proporcionado con el instrumento para obtener el coeficiente para un piezómetro específico.

Dado que los piezómetros suelen instalarse en un entorno de temperatura tranquila y constante, normalmente no se requieren correcciones. Si este no es el caso para la instalación seleccionada, pueden hacerse correcciones usando el termistor interno para la medición de la temperatura. Vea la Sección 5.3 para instrucciones sobre cómo obtener la temperatura del piezómetro.

La ecuación para corregir la temperatura es la siguiente:

Corrección de la temperatura =
(Temperatura actual – Temperatura inicial cero) x Factor térmico

O

P_T = (T₁ – T₀) x K

 Ecuación 3: Corrección de la temperatura

Luego debe agregarse la corrección calculada a la presión calculada usando la Ecuación 2. Si convirtió las unidades de ingeniería, recuerde aplicar la misma conversión a la corrección de la temperatura calculada.

Por ejemplo, si la temperatura inicial fue de 22°C, la temperatura actual es de 15°C y el factor térmico (K en el reporte de calibración) es de +0.1319 kPa por incremento de °C. La corrección de la temperatura es de +0.1319(15–22) = –0.92 kPa. Consulte el reporte de calibración proporcionado con el instrumento para obtener el factor térmico.

6.3Corrección atmosférica (solo se requiere en transductores no ventilados)

Dado a que el piezómetro estándar está herméticamente sellado, responde a cambios en la presión atmosférica. Podrían ser necesarias correcciones, en particular para los modelos sensibles y de baja presión. Por ejemplo, un cambio de 29 a 31 pulgadas de mercurio en la presión atmosférica resultaría en un error de aproximadamente 1 psi (o ≈ 2.3 pies si se está monitoreando el nivel del agua en un pozo). Se aconseja tomar y registrar la lectura de la presión atmosférica cada vez que se lea el piezómetro. Tener un barómetro en el lugar también permite monitorear los cambios atmosféricos para evaluar qué tanto podrían afectar la lectura. Para este propósito, también puede usarse un transductor de presión (piezómetro) separado que se mantenga fuera del agua.

La ecuación de la corrección atmosférica es la siguiente:

Corrección atmosférica =
(Barómetro actual – Barómetro inicial cero) x Factor de conversión

O

P_B = (S₁ – S₀) x F

 Ecuación 4: Corrección atmosférica

La corrección atmosférica calculada debe restarse de la presión calculada usando la Ecuación 2. Si convirtió las unidades de ingeniería, recuerde aplicar la misma conversión a la corrección atmosférica calculada.

La presión atmosférica se registra normalmente en pulgadas de mercurio. El factor de conversión de pulgadas de mercurio a psi es de 0.491, y de pulgadas de mercurio a kPa es de 3.386. La Tabla 2 contiene una lista de otros factores de conversión comunes.

Se le debe advertir al usuario que este esquema de corrección asume condiciones ideales. En realidad, las condiciones no siempre son ideales. Por ejemplo, si el pozo está sellado, los efectos atmosféricos al nivel del piezómetro podrían ser mínimos o ser atenuados por los cambios reales en la superficie. Por consiguiente, podría haber errores al aplicar una corrección que no sea necesaria. En estos casos, geokon recomienda registrar de forma independiente los cambios en la presión atmosférica y correlacionar estos cambios con los cambios en la presión observados para llegar al factor de corrección.

Una alternativa para realizar las correcciones atmosféricas es usar piezómetros ventilados a la atmósfera (vea la Sección 6.4). Sin embargo, los piezómetros ventilados solo tienen sentido si se encuentran en un pozo o tubería abierta y al usuario solo le interesa el nivel del agua. Si el piezómetro está enterrado, no es seguro que el efecto completo del cambio atmosférico se sienta inmediatamente en el instrumento y lo más probable es que se atenúe o retrase, en cuyo caso un piezómetro ventilado aplicaría automáticamente una corrección demasiado grande, demasiado pronto.

La ecuación a continuación muestra el cálculo de la presión con corrección de temperatura y atmosférica aplicadas.

P_corregida = (R₁ – R₀)G + (T₁ – T₀)K – (S₁ – S₀)F

 Ecuación 5: Cálculo corregido de la presión

6.4Piezómetros ventilados, modelo 4500SV

 

Figura 14: Piezómetros ventilados

El piezómetro ventilado Modelo 4500SV está diseñado para eliminar el efecto de los cambios en la presión atmosférica sobre las medidas del nivel de agua en pozos, depósitos y barrenos conectados directamente a la atmósfera. No deben usarse en donde se esté midiendo la presión de poro del agua.

El espacio dentro del transductor no está herméticamente sellado y evacuado, como en el piezómetro estándar Modelo 4500, en lugar de eso, está conectado a través de un tubo (integrado con el cable) a la atmósfera. Una cámara con cápsulas desecantes está adherida al extremo exterior de este tubo para evitar que la humedad entre a la cavidad del transductor. Los piezómetros ventilados requieren más mantenimiento que los no ventilados, ya que siempre existe el peligro de que la humedad entre en el transductor y lo arruine.

La instalación del piezómetro se realiza bajándolo hasta el nivel deseado dentro del pozo, depósito o barreno. Si se desea, el piezómetro puede colocarse dentro de una bolsa de tela llena de arena.

La cámara con cápsulas desecantes debe colocarse en una carcasa de algún tipo para que se mantenga seca. geokon puede proveer carcasas adecuadas a pedido.

Para mantener fresco el desecante durante el almacenamiento y transportación, el extremo de la cámara desecante se cierra por medio de un tornillo obturador antes de salir de la fábrica.
ESTE TORNILLO OBTURADOR DEBE RETIRARSE ANTES DE PONER EL PIEZÓMETRO A FUNCIONAR.

Las cápsulas desecantes son azules cuando están frescas. Se volverán rosas gradualmente conforme absorban humedad. Cuando se hayan tornado color rosa claro, deberán ser reemplazadas. Contacte a geokon para solicitar cápsulas de repuesto.

6.5Factores ambientales

Como el propósito de la instalación del piezómetro es monitorear las condiciones del sitio, siempre deberían observarse y registrarse los factores que afectan estas condiciones. Algunos efectos aparentemente menores pueden tener una gran influencia en el comportamiento de la estructura objeto del monitoreo y podrían ser indicaciones tempranas de problemas potenciales. Algunos de estos factores incluyen, entre otros, detonaciones, lluvias, niveles de las mareas, tráfico, cambios atmosféricos y de temperatura, condiciones climáticas, cambios en el personal, actividades de construcción cercanas, secuencias de excavación y rellenos, cambios estacionales, etc.