En este artículo queremos profundizar en el uso de instrumentación y sensores de medición en el sector de la ingeniería geotécnica. Más concretamente, en los llamados inclinómetros.
Los inclinómetros son una pieza fundamental para medir deformaciones y garantizar la seguridad y éxito de cualquier aplicación geotécnica. En este artículo te mostramos todos los detalles de este instrumento así como su uso de forma combinada con información satelital.
En Detektia ofrecemos soluciones basadas en tecnología InSAR satelital que se pueden combinar con datos provenientes de inclinómetros. Esto nos permite por ejemplo dar servicio para monitorizar:
Si te interesa combinar el uso de inclinómetros con tecnología satelital para monitorizar cualquier infraestructura, ladera o superficie, puedes acceder a los contenidos que te enlazamos previo a este párrafo. Si tienes alguna cuestión más específica, no dudes en ponerte en contacto con nosotros.
Si por el contrario quieres profundizar en el funcionamiento de los inclinómetros y su importancia en el sector de la ingenería geotécnica te invitamos a seguir leyendo este artículo.
Qué es un inclinómetro en ingeniería geotécnica
Los inclinómetros son herramientas de alta precisión utilizadas en ingeniería geotécnica para controlar las deformaciones horizontales del suelo tanto en superficie como en profundidad. Se instalan verticalmente desde la superficie del terreno y son capaces de medir los cambios de inclinación en dos direcciones específicas de forma continua a lo largo de todo el instrumento.
Su funcionamiento se basa en la medición del cambio de inclinación de un tubo que se inserta en una perforación en el terreno. Esta medición permite calcular la distribución, profundidad, dirección y magnitud de los movimientos laterales del suelo.
Los inclinómetros ayudan a controlar la deformación horizontal de superficie y profundidad así como en la medición de cambios de inclinación.
Estos dispositivos son cruciales para la evaluación de la estabilidad de taludes y laderas, estabilidad de estructuras subterráneas y superficiales, así como para el monitoreo de proyectos de construcción y la prevención de riesgos asociados con movimientos del suelo. Su alta precisión y capacidad para proporcionar datos continuos los convierten en herramientas indispensables en el campo de la geotecnia.
¿Cómo son los inclinómetros? ¿Cuáles son las partes de las que se componen?
Un sistema de inclinómetro se compone de cuatro elementos principales:
- Tubo guía, también llamado tubería inclinométrica
- Sistema de medición, también denominado o sonda inclinométrica
- Caja de lectura, conocido también como registrador de datos
- Cable o conexión
A continuación se definen las partes básicas de un inclinómetro, aunque la configuración específica puede variar según el diseño y la aplicación del inclinómetro en particular.
Tubería inclinométrica
Se trata del componente principal del inclinómetro y se instala verticalmente en una perforación en el terreno. Tiene la función de permitir el acceso a la sonda, se deforma con el terreno o estructura en la que está embebido y controla la orientación de la sonda durante las lecturas.
El tubo guía es la pieza fundamental de todo inclinómetro. Su objetivo es facilitar el acceso a la sonda y controlar su orientación durante la medición.
El diámetro del tubo guía del inclinómetro tiene un impacto significativo en su durabilidad y funcionamiento a lo largo del tiempo. La deformación eventual del tubo podría resultar en la obstrucción de su interior. En general, los tubos guía con diámetros más amplios tienden a ofrecer una vida útil más prolongada y son preferibles para la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el diámetro del tubo guía está limitado por el diámetro de la perforación en la que se instalará.
En ocasiones, debido a restricciones de espacio o exigencias específicas del sitio, podría ser necesario utilizar tubos guía con diámetros más reducidos.
El diámetro del tubo guía es fundamental, siendo los inclinómetros con un tubo de diámetro más grande los más duraderos y fiables.
En los casos en los que se opta por el uso de un tubo con diámetro reducido, es esencial evaluar minuciosamente las necesidades de la instalación y seleccionar el tubo guía más adecuado para garantizar un monitoreo efectivo y una durabilidad satisfactoria del sistema de inclinómetro.
No siempre es posible usar inclinómetros con tubo guía de diámetros amplios, lo que puede dificultar el proceso de medición.
Los diámetros más comunes para tubos guía de inclinómetros suelen variar entre 5 y 15 centímetros. La elección del diámetro adecuado dependerá de las condiciones específicas del sitio y de los requisitos del proyecto, así como de consideraciones como la precisión de las mediciones requeridas, las limitaciones de espacio disponibles o las especificaciones concretas del fabricante del inclinómetro.
Se aplican diferentes criterios para la elección del tamaño del tubo a utilizar. Por ejemplo, los requisitos del proyecto, precisión requerida, limitaciones del lugar de trabajo o características del propio inclinómetro.
Tubo guía de diámetro reducido
Son considerados aquellos con un diámetro de entre 5 y 7.5 centímetros.
Estos se suelen utilizar en circunstancias muy específicas, por ejemplo, en situaciones donde el espacio es limitado o en instalaciones en las que se requiere una mínima invasión del terreno.
Tubo guía de diámetro grande
Son considerados aquellos inclinómetros cuyo tubo tiene unas dimensiones de entre 10 y 15 centímetros de diámetro.
Este tipo de inclinómetros suelen ser seleccionados para aplicaciones donde se busca una mayor durabilidad y mayor resistencia a la deformación. Por ejemplo, su uso es muy común en áreas donde se esperan movimientos del terreno significativos o donde se planea un monitoreo a largo plazo.
Sonda inclinométrica
El sistema de medición varía según el tipo de inclinómetro, pero generalmente incluye un dispositivo que registra los cambios de inclinación del tubo guía.
La sonda se pasa a través del tubo y es la encargada de registrar los cambios de inclinación.
Existen diferentes tipos de sonda que pueden aplicarse en función del diseño del inclinómetro. Las más habituales son las de tipo sensor de cuerda vibrante, de tipo sensor electrónico o péndulo.
Caja de lectura
También conocido como registrador de datos, es el dispositivo donde se muestran o registran las mediciones de inclinación.
La caja de lectura es la encargada de registrar los datos captados por la sonda.
Existen diferentes modalidades de caja de lectura, pudiendo ser una unidad portátil conectada al inclinómetro o un sistema de registro de datos más sofisticado.
Cable o conexión
En los inclinómetros que requieren alimentación eléctrica o comunicación de datos, se utiliza un cable o conexión para conectar el sistema de medición con la caja de lectura o registrador de datos.
Instalación y funcionamiento a nivel geotécnico
Se ha mencionado qué son los inclinómetros y los componentes de los que se componen, pero todavía no hemos hablado del proceso de instalación de los mismos y aspectos a tener en cuenta llegado el momento de su utilización.
Aspectos como la orientación y la profundidad son vitales en el momento de la instalación de un inclinómetro. Para ello se requiere de conocimiento detallado del terreno.
Después de completar el sondeo, se procede con la instalación de la tubería inclinométrica, tomando en consideración la orientación deseada de las acanaladuras que definirán los dos ejes de medición de la deformación.
Es común preferir que estas estén alineadas en una dirección específica, como paralelas a la pendiente del talud, para una mejor detección de movimientos. Para obtener resultados óptimos, es importante que el inclinómetro esté empotrado a una profundidad adecuada en el terreno firme, preferiblemente por debajo de la superficie que previsiblemente puede deslizarse (ver figura más abajo). Esto requiere un conocimiento detallado del sitio. En caso contrario, se recomienda una instalación con una longitud suficientemente generosa.
Una vez que la tubería inclinométrica está colocada dentro del sondeo, se procede a cementar el espacio anular entre el terreno (o la tubería de PVC del sondeo) y la tubería inclinométrica. Para garantizar resultados óptimos, se recomienda el proceso de cementación desde el fondo del sondeo hacia la superficie, utilizando la bomba de la máquina de sondeo y un macarrón para introducir la lechada y expulsar el aire.
Para garantizar el correcto funcionamiento se suele cementar el espacio que queda entre el terreno y la tubería inclinométrica.
El fraguado completo puede tardar aproximadamente 24 horas. También se aconseja rellenar con cemento la arqueta del sondeo o, en su defecto, realizar una pequeña excavación alrededor de la boca del sondeo para asegurar una estructura firme al llenarla con cemento.
Para conocer los movimientos del terreno, se realiza una primera campaña de lecturas tras la instalación del tubo. Esas lecturas iniciales marcan el punto de referencia para conocer desplazamientos posteriores. Las campañas de lectura consisten en tomar una lectura cada 50 centímetros o cada metro a lo largo de toda la profundidad del tubo. El sensor mide la inclinación en dos ejes perpendiculares entre sí, de esta forma se conocen los desplazamientos horizontales del terreno.
Tras la instalación del tubo se realizan lecturas iniciales que servirán como referencia para medir deformaciones posteriores.
Dependiendo de la magnitud de las inclinaciones a medir, hay sensores de distintos rangos, aumentando la resolución y la precisión del aparato de forma proporcional a la disminución de su rango.
A continuación se muestra un ejemplo de resultado típico de un inclinómetro. Vemos dos gráficas de deformación acumulada, cada gráfico corresponde con un eje de medición diferente, el eje A y su perpendicular el eje B. En el ejemplo se observan las mediciones realizadas en 4 fechas diferentes, para cada fecha y profundidad se observa la deformación acumulada hasta ese momento desde el inicio de las mediciones. La deformación en el eje A tiene una magnitud mucho mayor.
Aplicaciones de los inclinómetros, ¿para qué se utilizan?
Los inclinómetros son dispositivos cruciales en diversas aplicaciones de ingeniería, proporcionando información esencial sobre la inclinación y la orientación.
Un inclinómetro es un dispositivo utilizado para medir la inclinación o la orientación de una estructura, tal como una pared de excavación, una presa, un túnel o un edificio. También puede usarse para medir la inclinación de suelos o taludes naturales. Las principales aplicaciones de los inclinómetros son:
- Control de la estabilidad de taludes y laderas. Los inclinómetros se utilizan para medir cambios en la inclinación de taludes naturales o estructuras excavadas, como paredes de excavación en obras de construcción o laderas en áreas geotécnicamente críticas. Esto permite detectar movimientos potenciales que podrían indicar un riesgo de deslizamiento o colapso.
- Control de asentamientos en estructuras. Los inclinómetros también pueden instalarse en estructuras como edificios, presas o puentes para monitorear cualquier cambio en la inclinación, lo que podría indicar un asentamiento diferencial y ayudar en la evaluación de la estabilidad de la estructura.
- Control de deformaciones en túneles. En la construcción y operación de túneles, los inclinómetros son utilizados para monitorear las deformaciones de las paredes del túnel, lo que puede ser crucial para garantizar la seguridad y estabilidad de la estructura durante su vida útil.
Tipos de inclinómetros
Existen varios tipos de inclinómetros, entre los cuales se incluyen:
- Inclinómetros de cuerda vibrante: Estos inclinómetros utilizan un sensor de cuerda vibrante que detecta la inclinación basándose en la variación en la frecuencia de vibración de una cuerda tensada. Son precisos y adecuados para aplicaciones de monitoreo a largo plazo.
- Inclinómetros electrónicos: Estos dispositivos utilizan sensores electrónicos, como acelerómetros o giroscopios, para medir la inclinación. Son más compactos y pueden ofrecer mediciones en tiempo real, lo que los hace útiles para aplicaciones que requieren una respuesta rápida.
- Inclinómetros de péndulo: Este tipo de inclinómetros utilizan la gravedad para determinar la inclinación. Consisten en un péndulo suspendido que se desplaza en respuesta a los cambios de inclinación, y un sistema de lectura que registra el ángulo de inclinación.
Cada tipo de inclinómetro tiene sus propias ventajas y desventajas, y la elección del tipo adecuado dependerá de las necesidades específicas de la aplicación y las condiciones del sitio. En general, los inclinómetros son herramientas valiosas en ingeniería geotécnica para el monitoreo y control de la estabilidad de estructuras y terrenos.
Integrar inclinómetros e InSAR
¿Conoces la tecnología InSAR? Con ella es posible medir deformaciones milimétricas del terreno a través de satélites que orbitan a cientos de kilómetros de nosotros.
¿Podemos combinar inclinómetros con información InSAR? La respuesta es afirmativa y en Detektia nos dedicamos a ello.
Complementar la información de inclinómetros con nubes de puntos de deformación InSAR es posible y ofrece grandes ventajas frente a la medición in-situ.
Por un lado, los inclinómetros ofrecen mediciones detalladas y precisas, tanto en superficie como en profundidad en los puntos específicos donde han sido instalados mientras que las nubes de puntos de deformación InSAR proporcionan una cobertura amplia y una perspectiva más general de las deformaciones que se producen en la superficie del terreno.
Combinar ambas fuentes de datos permite obtener una imagen más completa de la deformación del terreno a diferentes escalas.
El siguiente ejemplo muestra el resultado InSAR sobre una ladera activa en La Rioja (España). Se observa cómo los datos InSAR describen con gran resolución espacial los movimientos en la superficie de la ladera. InSAR hace posible saber la dimensión del área activa y la distribución de las velocidades de deformación sobre ella. En caso de que se quiera instrumentar, esta información es clave para diseñar adecuadamente el número y emplazamiento de los inclinómetros.
La tecnología InSAR permite este control continuo y a gran escala de las deformaciones del terreno a lo largo del tiempo, sin la necesidad de instrumentación ni instalaciones en el sitio.
Al combinar datos de inclinómetros con datos InSAR, es posible identificar tendencias de deformación a largo plazo, así como eventos o cambios repentinos que podrían requerir una atención inmediata. Esta capacidad mejora la toma de decisiones en el diseño de la instrumentación, la capacidad de pronóstico y la mitigación de riesgos asociados con movimientos del terreno.
Además, la integración de datos de inclinómetros y InSAR permite la validación cruzada de los resultados obtenidos por ambos métodos. Esto ayuda a mejorar la confiabilidad y precisión de las mediciones, al proporcionar múltiples fuentes de datos independientes que respaldan las conclusiones sobre la deformación del terreno.
En resumen, complementar información proveniente de inclinómetros con nubes de puntos de deformación InSAR ofrece una visión más completa, detallada y confiable de la deformación del terreno, lo que resulta en una mejor comprensión y gestión de los riesgos geotécnicos.
Atribuciones
- La imagen de portada, previo a ser editada por Detektia ha sido descargada desde freepik a través del siguiente enlace: https://www.freepik.es/foto-gratis/maquinaria-pesada-cantera_7303357.htm#fromView=search&page=5&position=23&uuid=c0c59126-d47c-49ed-a6e4-a69f19eef199
- La segunda imagen del artículo ha sido descargada desde freepik: https://www.freepik.es/foto-gratis/terreno-paisaje-natural-pin-ubicacion_34709702.htm#fromView=search&page=10&position=4&uuid=78e6dc5f-73b3-43b2-94e2-1f8e3c351d3a
- La imagen del tunel de metro ha sido descargada desde freepik: https://www.freepik.es/foto-gratis/rieles-metro_26189512.htm#fromView=search&page=1&position=45&uuid=7d758b99-ec94-4b32-8834-092db03f2c69
