tema_10_instrumentacion_m

Vista previa del material en texto

INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
1 
 
 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA 
GRADO EN INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN 
___________________________________________________ 
 
INGENIERÍA GEOTÉCNICA 
 
APUNTES TEMA 10 
____________________________________________________ 
 
 
 
TEMA 10. INSTRUMENTACIÓN DE ESTRUCTURAS GEOTÉCNICAS 
 
 
10.1 MEDIDA DE TENSIONES Y DE DESPLAZAMIENTOS ............................................................ 2 
 
10.2 INSTRUMENTOS DE MEDIDA USADOS IN SITU .................................................................... 3 
10.2.1 Generalidades .......................................................................................................................... 3 
10.2.2 Piezómetros. Tipos ................................................................................................................. 3 
10.2.3 Células de carga total. Tipos .................................................................................................. 7 
10.2.4 Cinta para convergencias ....................................................................................................... 9 
10.2.5 Extensómetro de varillas ........................................................................................................ 9 
10.2.6 Extensómetro con detector magnético ................................................................................. 11 
10.2.7 Micrómetro deslizante .......................................................................................................... 12 
10.2.8 Inclinómetro de péndulo ....................................................................................................... 13 
 
10.3 APLICACIÓN A CASOS REALES .............................................................................................. 14 
10.3.1 Casos en presas: presa de materiales sueltos y de hormigón ............................................. 15 
10.3.2 Casos en excavaciones: túnel y excavación a cielo abierto urbanos .................................. 16 
10.3.3 Casos en cimentaciones ......................................................................................................... 19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
2 
 
 TTeemmaa 1100.. IInnssttrruummeennttaacciióónn ddee eessttrruuccttuurraass ggeeoottééccnniiccaass 
 
 
En el marco de la ingeniería civil, y en vistas a hacer previsiones sobre la evolución de una obra, 
es patente la necesidad de disponer de medidas cuantitativas de las variables físicas que 
gobiernan el comportamiento de dicha obra, durante y después de su construcción. Se trata de 
controlar cómo evoluciona la obra pero también aumentar el estado del conocimiento mediante 
la comparación entre las previsiones y las medidas. 
 
A la técnica de medida de dichas variables se le conoce con el nombre de auscultación y, a 
diferencia de los ensayos tanto en el laboratorio como in situ, no está normalizada en la 
actualidad y se confía en la experiencia de las personas que se dedican a dicha tarea; 
naturalmente son aplicables las metodologías habituales en todo proceso de medida. 
 
Existe una decisión previa que resulta esencial y que puede sintetizarse en la siguiente pregunta: 
¿qué y cómo hay que medir? Ciertamente para responder de manera adecuada hay que conocer 
el funcionamiento de la obra y cuáles son las variables que la gobiernan. En vistas al proyecto 
de instrumentación hay que atender a aspectos fundamentales como son: la colocación de los 
instrumentos, el registro y procesado de los datos así como el coste global de la instalación, 
incluyendo mantenimiento y campañas de lectura. 
 
 
1100..11 MMeeddiiddaa ddee tteennssiioonneess yy ddeessppllaazzaammiieennttooss 
 
Dentro del marco de la mecánica del suelo resulta esencial conocer el estado tenso-
deformacional del suelo, los modelos de comportamiento y las medidas que contribuyen a su 
correcta determinación. En este sentido, la instrumentación de obras geotécnicas se centrará 
fundamentalmente en la medida de las tensiones actuantes, de la presión intersticial y de los 
desplazamientos, tanto verticales como horizontales, que permitirán el cálculo de las 
deformaciones. 
 
De forma previa a la realización del proyecto de instrumentación, hay que plantearse una 
reflexión acerca de la responsabilidad técnica y social de la obra, en vistas a optimizar el coste 
del equipo, así como su colocación y obtención de los datos en relación al beneficio que ha de 
suponer la disponibilidad de los datos correspondientes. Hay que tener en cuenta el posible 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
3 
 
 deterioro de los equipos durante la construcción y posterior explotación de la obra 
instrumentada. 
 
 
1100..22 IInnssttrruummeennttooss ddee mmeeddiiddaa uussaaddooss iinn ssiittuu 
 
Seguidamente se van a describir los principales instrumentos usados en las obras geotécnicas 
más habituales. Tal como se ha indicado, mayoritariamente se instrumenta para medir las 
tensiones actuantes y los desplazamientos en las estructuras propias de la ingeniería civil. 
1100..22..11 GGeenneerraalliiddaaddeess 
 
En vistas a la realización del proyecto de instrumentación es conveniente atender a: 
1. Tipo de instrumento, precisión y rango adecuados. Hay que estimar el valor de la magnitud a 
medir y prever un factor de seguridad. 
2. Estabilidad de la medida a largo plazo. Calibración y correcciones por deriva temporal. 
3. Alimentación eléctrica del equipo en zonas no urbanas. 
4. Durabilidad de la instalación. Mantenimiento de cables y conexiones. 
5. Elección de instrumentos robustos y resistentes a los agentes ambientales. 
6. Posible volcado automático de los datos. Redes de telecomunicaciones. 
7. No siempre el equipo más costoso es el más adecuado. 
 
1100..22..22 PPiieezzóómmeettrrooss.. TTiippooss 
 
Antes de describir los diferentes instrumentos, conviene destacar algunos aspectos de las 
llamadas “piedras porosas de alto valor de entrada de aire” que se utilizan habitualmente en los 
piezómetros cuando hay que realizar medidas en suelos parcialmente saturados. 
 
En el terreno, el agua intersticial puede alcanzar presiones tanto positivas y como negativas. 
Para la medida de la presión de agua es necesaria una continuidad hidráulica entre el agua del 
punto a medir y el elemento activo del instrumento de medida. Para suelos no saturados (SNS) 
es necesario utilizar una piedra porosa para asegurar dicha continuidad. Consiste básicamente en 
un disco de caolín sintetizado que tiene un tamaño de poros uniforme y por el que el agua 
asciende por capilaridad y satura el disco necesitándose una presión umbral de aire para 
desplazarla. En SNS se pueden medir succiones hasta el valor máximo de entrada de aire en la 
piedra porosa (valor dado por el fabricante). 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
4 
 
 Como justificación del funcionamiento de la piedra porosa, se puede considerar la figura 
10.2.1 donde se muestra la ascensión capilar en un tubo de radio pequeño; se puede considerar a 
los poros de la piedra porosa con un radio medio y un valor pequeño. Dado que el fabricante usa 
partículas sólidas de tamaño constante, también lo serán los poros situados entre las mismas. 
 
A
2r
α
h
 
Figura10.2.1 Esquema que muestra la ascensión capilar en un tubo de radio pequeño 
 
La presión en A será: A= -hw = -(2scos)/r 
 
Ello permite asumir que la presión de agua será negativa y se puede aplicar el concepto de 
succión ya definido en la mecánica del suelo. Hay que tener en cuenta el tiempo de 
estabilización de la presión en la piedra porosa debido a su baja permeabilidad (en general 
menor de 10
-8
 m/s). Están disponibles piedras porosas de 0.05 a 1.5 MPa de valor de entrada de 
aire (a una succión mayor la piedra deja de estar saturada y se interrumpe la continuidad 
hidráulica). Hay que recalcar que la piedra porosa debe saturarse antes de la colocación del 
piezómetro correspondiente en el punto de medida. 
 
Piezómetro de columna de agua o de mercurio 
 
Tal como se ha indicado, el uso de una piedra porosa en el caso de suelo no saturado (SNS) es 
preceptivo en los diferentes tipos de piezómetro. 
 
El sistema basado en la lectura del valor de una columna de líquido es un sistema sencillo y 
barato, y permite una centralización de las medidas en una caseta situada en obra. Existe el 
inconveniente de que hay que eliminar totalmente las burbujas de aire en las conducciones, dado 
que de lo contrario la medida sería errónea, y también existe el inconveniente de que hay que 
tener en cuenta las heladas (congelación del agua). En la figura 10.2.2 se muestra un esquema 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
5 
 
 de funcionamiento basado en valor de la presión de la columna de agua o, eventualmente, de 
mercurio. 
 
0
 
Figura 10.2.2 Esquema de un piezómetro de columna de agua o de mercurio 
 
Efectivamente se trata de un equipo sencillo y barato, sin embargo es muy poco utilizado en 
obra en la actualidad dado que la medida debe hacerse manualmente. 
 
Piezómetro de resistencia eléctrica 
 
La presión de agua incide sobre una membrana elástica que al deformarse modifica la 
resistencia de un hilo conductor. En la figura 10.2.3 se muestra un esquema en el que puede 
observarse que la presión de agua incide sobre la membrana deformándola, entonces las galgas 
extensométricas pegadas a dicha membrana se deforman y dan una señal eléctrica proporcional 
a dicha deformación. 
 
galgas extensiométricas
membrana flexible
cable de salida
 
Figura 10.2.3 Esquema de un piezómetro de resistencia eléctrica (galgas extensométricas) 
 
El uso de este equipo es más bien escaso en la actualidad. 
 
Piezómetro neumático 
 
La presión del agua incide sobre una membrana (lámina de caucho flexible) que cierra la 
presión auxiliar de aire que puede regularse hasta que éste no sale al exterior. Efectivamente, 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
6 
 
 cuando ambas presiones coinciden no hay flujo de aire hacia el exterior y de este modo se 
mide indirectamente el valor de la presión del agua en el terreno. En la figura 10.2.4 se muestra 
esquemáticamente su funcionamiento. 
 
filtro entrada
agua o aceite
lámina de caucho flexible (cierre de los tubos)
gas a presión controlable
salida al exterior
 
Figura 10.2.4 Esquema de un piezómetro neumático 
 
Para el caso de SNS también se puede usar la piedra porosa de alto valor de entrada de aire. Se 
trata de un equipo sencillo en que todos los puntos de medida se pueden centralizar fácilmente 
en una caseta de obra. 
 
Piezómetro de cuerda vibrante 
 
Es sin duda el instrumento más usado en la actualidad para la medida de la presión intersticial. 
También en este caso se puede usar la piedra porosa para SNS. Se trata de un instrumento muy 
robusto y con un funcionamiento muy fiable. Su coste va bajando a medida que mejora la 
tecnología y, por ello, su uso es creciente en relación a otras modalidades de medida de la 
presión del agua intersticial ya indicadas anteriormente. 
 
El principio de funcionamiento está basado en el hecho de que la presión del agua intersticial 
incide sobre la membrana flexible y ésta tensa más o menos la cuerda metálica variando la 
frecuencia de vibración de la misma que, lógicamente, es proporcional a la presión de agua del 
terreno. En la figura 10.2.5 se muestra de forma escueta su funcionamiento. Una ventaja 
indiscutible de este equipo, y que ha contribuido a su éxito junto con su robustez y fiabilidad, es 
el hecho de que la salida es eléctrica y, por ello, se puede automatizar fácilmente la lectura. 
 
La figura 10.2.6 muestra un esquema de montaje del equipo en el terreno procurando un 
acoplamiento apropiado al punto de medida, también se muestra el aspecto de un piezómetro de 
cuerda vibrante habitual. 
 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
7 
 
 
piedra porosa de alto 
valor de entrada de aire
bobina de 
excitación
membrana metálica 
flexible
cuerda vibrante
Agua
bobina detectora de 
amplitud vibración
 
Figura 10.2.5 Esquema de funcionamiento de un piezómetro de cuerda vibrante 
 
 
 
 
Figura 10.2.6 Esquema de montaje de un piezómetro y su aspecto en los equipos comerciales 
 
1100..22..33 CCéélluullaass ddee ccaarrggaa ttoottaall.. TTiippooss 
 
Tal como se ha indicado, las células de carga total están destinadas a la medida de las tensiones 
actuantes sobre la estructura. Existen diversos tipos, sin embargo las más utilizadas se describen 
a continuación. 
 
Células de diafragma 
 
La carga actuante incide sobre una membrana flexible que lleva adheridas unas galgas 
extensométricas o bien un sistema de cuerda vibrante que permite detectar la deformación de la 
membrana flexible. Tanto en un caso como en el otro se obtiene una señal eléctrica proporcional 
a la deformación de la membrana y, por ello, proporcional a la carga actuante. El equipo se usa 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
8 
 
 para cualquier dirección de la tensión actuante; en particular, se dispone horizontalmente para 
medir tensiones verticales y verticalmente para medir tensiones horizontales. La respuesta del 
equipo frente a un incremento de carga es rápida y segura. Cabe señalar que debe protegerse la 
membrana del contacto con bolos punzantes, eventualmente existentes en el terreno, mediante 
suelo de grano fino. 
 
Células hidráulicas 
 
También en este caso la carga incide sobre una membrana flexible que transmite la presión a un 
volumen estanco de agua o aceite. Un sistema de cuerda vibrante mide la presión resultante. Se 
puede colocar en cualquier dirección de la tensión actuante, en particular se dispone 
horizontalmente para la medida de tensiones verticales y verticalmente para las tensiones 
horizontales. La respuesta es rápida y fiable. Debe protegerse la membrana del contacto con 
bolos punzantes, eventualmente presentes en el terreno, mediante suelo de grano fino. La figura 
10.2.7 muestra un esquema del equipo y la figura 10.2.8 la forma de colocación en una 
estructura de sostenimiento (a la izquierda) y en el terreno, para medir una tensión vertical 
(abajo a la derecha); puede observarse el sistema de cuerda vibrante adosado a ella. 
 
líquido de llenado (agua, aceite, etc.)
membrana flexible
transductor de presión
 
Figura 10.2.7 Esquema de una célula de carga total de tipo hidráulico 
 
 
 
 
Figura 10.2.8 Esquema de colocación de una célula de cargatotal 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
9 
 
 1100..22..44 CCiinnttaa ppaarraa ccoonnvveerrggeenncciiaass 
 
El nombre del equipo se asocia a su utilización habitual para la medida y control de la 
convergencia en la sección de un túnel. La cinta es de material “invar” para evitar al máximo el 
efecto de la dilatación por cambios de temperatura ambiente. Se usa para medir la evolución de 
las distancias relativas entre bulones anclados en la estructura. 
 
La cinta se enrolla sobre un tambor y durante la medida está sometida a la tensión constante 
generada por un muelle antagonista, ello minimiza el efecto de la catenaria. El rango de 
utilización es de 2 a 40 metros y se alcanza una precisión de +/- 50 micras dependiendo del 
sistema de lectura. Puede usarse en cualquier dirección. La figura 10.2.9 muestra un esquema de 
utilización. Hay que destacar la importancia que tiene un buen mantenimiento del contacto con 
los bulones de anclaje (conviene engrasarlos y protegerlos mediante un tapón), de lo contrario 
los errores van a estar presentes en la medida. 
 
 
Figura 10.2.9 Esquema de colocación de una cinta para convergencias entre dos puntos de medida 
 
1100..22..55 EExxtteennssóómmeettrroo ddee vvaarriillllaass 
 
El equipo es de uso habitual en el control del desplazamiento vertical en el terreno. Se suele 
instalar mediante un sondeo en el punto de medida hasta la profundidad requerida, o bien se 
puede instalar durante la construcción de un terraplén, si es el caso. Es habitual que cada punto 
de medida en superficie disponga de entre 3 y 5 puntos de medida en profundidad. 
Efectivamente, cada varilla se ancla a una profundidad predeterminada y se lleva hasta la 
superficie acoplando los tramos que sean necesarios (en general cada tramo suele tener una 
longitud entre 2 y 4 metros). 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
10 
 
 La variación de la distancia entre la cabeza de la varilla y el punto de medida (en la superficie) 
informa del movimiento del terreno. El rango utilizable es de 2 a 40 m de profundidad con una 
precisión de +/- 5 micras dependiendo del sistema de lectura. Es muy conveniente proteger las 
varillas con grasa y además de un tubo telescópico que se instala en el terreno y se rodea con 
una lechada de cemento que acopla dicho tubo al terreno. El equipo se instala habitualmente 
para la medida de desplazamientos verticales, sin embargo si se protegen las varillas de la 
flexión debida a su propio peso entonces también se puede instalar horizontalmente. La figura 
10.2.10 muestra un esquema de colocación en base a un tubo telescópico de protección y la 
lechada correspondiente. 
 
 
Figura 10.2.10 Esquema de colocación de una varilla en el extensómetro correspondiente 
 
En la figura 10.2.11 se muestra (a la izquierda) el aspecto de una arqueta típica colocada en la 
superficie del terreno con 4 varillas, en este caso, ancladas a diferentes profundidades; el punto 
de medida debe protegerse, asegurando la estanqueidad, del polvo y del agua, de lo contrario 
habrá errores en la medida por causa de un deficiente acoplamiento entre la cabeza de la varilla 
y el lector correspondiente (un comparador manual en este caso). A la derecha se puede 
observar el cabezal para las varillas durante su proceso de instalación. 
 
 
Figura 10.2.11 Aspecto del extensómetro de varillas en la superficie del terreno 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
11 
 
 1100..22..66 EExxtteennssóómmeettrroo ccoonn ddeetteeccttoorr mmaaggnnééttiiccoo 
 
El equipo se usa en la medida de desplazamientos verticales, tanto en estratos de terreno en los 
que hay que perforar un sondeo para la colocación del equipo, como en el caso de terraplenes en 
que el tubo se va colocando durante la construcción; la figura 10.2.12 muestra un esquema de la 
colocación del equipo en el terreno. Se debe instalar un tubo en el que, cada cierta distancia (1 a 
2 m), se colocan anillos de imán permanente; a la derecha de la misma figura se puede apreciar 
el aspecto de los imanes y su forma de anclaje. 
 
Para efectuar la medida desde la superficie, se desliza un sensor (“torpedo”) por el interior del 
tubo que detecta la posición de los imanes y así como la distancia entre ellos; si hay un 
movimiento vertical la distancia entre los imanes cambia y el sensor detecta dicha variación. 
 
El tubo de guiado del sensor puede deslizar por el interior de los anillos, que se acoplan al 
terreno mediante lechada de cemento de forma que puedan moverse con el terreno. Tanto el 
tubo como los anillos deben colocarse con especial cuidado, dado de que, de lo contrario, habrá 
errores en la medida. El equipo es de uso en un rango de 2 a 40 m con una precisión de 30 a 300 
micras (menor que el extensómetro de varillas). 
 
El detector lleva incorporada la electrónica correspondiente, por lo que debe ser estanco a la 
presión del agua del terreno a la profundidad propia de su rango de funcionamiento. La medida 
es totalmente automatizable dado que la señal de salida es eléctrica. 
 
 
 
 
Figura 10.2.12 Esquema de colocación del extensómetro con detector magnético. Aspecto de los 
anillos imantados 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
12 
 
 1100..22..77 MMiiccrróómmeettrroo ddeesslliizzaannttee 
 
El equipo es de uso exclusivo en la medida de movimientos verticales. Al igual que los 
extensómetros anteriormente mencionados, es necesario instalar el tubo guía del sensor 
mediante un sondeo o bien de forma paulatina durante la construcción de terraplenes. 
 
El tubo guía se instala mediante el acoplamiento sucesivo de tubos de 1 m de longitud de forma 
que puedan desplazarse entre sí. Dichos tubos disponen de un elemento de anclaje para un 
sensor que durante la medida se desplaza a lo largo del tubo desde la superficie, midiendo la 
distancia entre dos anclajes sucesivos; efectivamente, si hay movimiento vertical en el terreno, 
la distancia entre los anclajes cambia y el sensor emite una señal proporcional a dicha variación. 
 
El tubo guía, como en el caso de otros extensómetros ya citados, se conecta al terreno mediante 
una lechada de cemento; hay que ser cuidadoso en esta operación con el fin de asegurar la 
fiabilidad de las medidas. La figura 10.2.13 muestra un esquema de su colocación en el terreno. 
 
detector (“torpedo”)
encajes (distancia a medir)
terreno
LVDT
lechada de cemento
 
Figura 10.2.13 Esquema de colocación del micrómetro deslizante en el terreno 
 
El equipo dispone de un varillaje desde el sensor hasta la superficie, de este modo se puede girar 
y anclarlo a dos tubos consecutivos. Sin embargo la operación de girado a cierta profundidad, 
mediante el varillaje, incorpora una peligrosidad notable, dado que pudiera no girar y el detector 
quedar retenido irreversiblemente en el punto de medida; dado el coste del equipo, supondría 
una pérdida elevada por lo que hay que operar con sumo cuidado. La figura 10.2.14 muestra un 
esquema del sensor (torpedo) y de la cadena de guiado del mismo; a la derecha se puede 
apreciar un momento de utilización en obra. 
 
El equipo se puede usar en un rango de 2 a 40 m de profundidad, con una precisión de 1 micra 
en el lector;sin embargo la posibilidad de un mal contacto entre el torpedo y la superficie de 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
13 
 
 anclaje en el tubo guía, puede suponer un error importante. El sensor lleva incorporada 
electrónica y un lector del tipo LVDT, por lo que debe ser estanco a la presión del agua 
existente en el terreno a la profundidad de operación. 
 
En la actualidad existe un equipo, cada vez más usado, denominado TRIVEG que combina el 
micrómetro deslizante con el detector magnético. 
 
 
 
Figura 10.2.14 Esquema del detector del micrómetro deslizante y su utilización en obra 
 
1100..22..88 IInncclliinnóómmeettrroo ddee ppéénndduulloo 
 
Se trata de un equipo especialmente diseñado para la medida de desplazamientos horizontales. 
Para ello es necesario instalar el tubo guía flexible, por donde se introduce el sensor, mediante 
un sondeo o bien de forma paulatina durante la construcción de terraplenes. El tubo guía tiene 
unas ranuras que permiten a un sensor (“torpedo”) deslizarse en profundidad guiado entre dos 
ranuras que conforman un plano. Las lecturas pueden hacerse sucesivamente en dos planos 
ortogonales. La figura 10.2.15 muestra una sección del tubo flexible, generalmente de aluminio, 
(a la izquierda) y un esquema del acoplamiento de dicho tubo al terreno; el sensor dispone de 
unas ruedecillas que lo guían a lo largo de la ranura. 
 
El sensor lleva incorporado un péndulo servo-controlado que da una señal eléctrica en función 
del ángulo desplazado respecto de la vertical. El rango de utilización del equipo va desde 2 a 40 
m de profundidad, con una precisión en el ángulo girado de +/- 0.01º. Al igual que en los casos 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
14 
 
 anteriores, el sensor lleva incorporada electrónica de medida por lo que debe ser estanco a la 
presión del agua existente en el terreno a la profundidad de operación. 
 
detector (“torpedo”)
terreno
lechada de cemento
detector (“torpedo”)
y
x
 
Figura 10.2.15 Esquema de colocación del tubo para el inclinómetro de péndulo 
 
La figura 10.2.16 muestra el aspecto de un inclinómetro de péndulo colocado en el exterior del 
muro de contención anclado, situado en el Canyeret (Lleida), con el fin de detectar posibles 
movimientos horizontales del mismo. En la misma figura se puede apreciar el aspecto del 
equipo de medida junto con el sensor. 
 
 
Figura 10.2.16 Aspecto de utilización del inclinómetro de péndulo en el muro del Canyeret (Lleida) 
 
1100..33 AApplliiccaacciióónn aa ccaassooss rreeaalleess 
 
A continuación se presentan algunos casos reales de aplicación de la instrumentación 
geotécnica. Existe gran diversidad de posibilidades por lo que el ingeniero de instrumentación 
debe tener muy claro el funcionamiento de cada obra en particular; ello le ayudará a proyectar y 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
15 
 
 situar la instrumentación en el lugar más apropiado con una relación óptima entre el beneficio 
y el coste. 
 
1100..33..11 CCaassooss eenn pprreessaass:: pprreessaa ddee mmaatteerriiaalleess ssuueellttooss yy ddee hhoorrmmiiggóónn 
 
Existen diversas morfologías para una presa de materiales sueltos; sin embargo la constituida 
por un núcleo de material compactado de baja permeabilidad y apoyado por espaldones es la 
más usual. El núcleo constituye, desde el punto de vista geotécnico, la estructura objeto de un 
proyecto de instrumentación que, en líneas generales, se puede concretar en: 
1. Instalación de piezómetros para conocer la distribución de la presión de agua en el 
núcleo y con ello medir los cambios en la superficie freática frente a cambios en el nivel 
de embalse. 
2. Instalación de células de carga total en la dirección vertical y horizontal. La medida de 
las tensiones totales, junto con la presión de agua intersticial, ha de permitir la 
estimación de la tensión efectiva actuante en puntos críticos de la estructura, en especial 
cerca de la cimentación y los estribos. 
3. Extensómetros para la medida de los desplazamientos verticales durante su construcción 
y explotación. 
4. Inclinómetros en la zona central con el fin de determinar la deformación transversal de 
la estructura por efecto del embalsado y desembalsado. 
 
La figura 10.3.1 muestra un esquema ilustrativo de la diferente colocación de los instrumentos 
(cortesía de Geokon). 
 
 
Figura 10.3.1 Esquema de instrumentación de una presa de materiales sueltos (www.geokon.com) 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
http://www.geokon.com/
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
16 
 
 En el caso de una presa de hormigón, la instrumentación debe tener en cuenta las diferentes 
propiedades del mismo respecto del suelo, sin embargo existe una cierta similitud por lo que se 
refiere al control de las presiones del agua en el terreno donde se cimienta la presa así como la 
distribución de las líneas de corriente y equipotenciales; por lo tanto la colocación apropiada de 
piezómetros permitirá conocer la distribución de las mismas. La figura 10.3.2 muestra un 
esquema ilustrativo de la diferente colocación de los instrumentos (cortesía de Geokon). 
 
 
Figura 10.3.2 Esquema de instrumentación de una presa de hormigón (www.geokon.com) 
 
1100..33..22 CCaassooss eenn eexxccaavvaacciioonneess:: ttúúnneell yy eexxccaavvaacciióónn aa cciieelloo aabbiieerrttoo uurrbbaannooss 
 
La perforación de un túnel en una zona urbana debe ser especialmente cuidadosa, dado que las 
deformaciones inducidas en el terreno pueden ocasionar daños en las edificaciones cercanas a su 
área de influencia. El proyecto de instrumentación, en líneas generales, se puede concretar en: 
1. Extensómetros verticales en la clave del túnel con el fin de estimar el movimiento 
vertical en la superficie. 
2. Extensómetros horizontales en los hastiales (laterales del túnel). 
3. Células de carga total entre el sostenimiento de la clave y el terreno. 
4. Si se prevén problemas derivados de la presión de agua, pueden instalarse piezómetros; 
en general no suele ser necesario, dependiendo ello de la posición del nivel freático o 
bien de los flujos de agua subterránea. 
5. Inclinómetros a ambos lados del túnel para medir los desplazamientos horizontales y 
estimar los movimientos horizontales en superficie, causa directa del agrietamiento en 
las edificaciones. 
 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
http://www.geokon.com/
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
17 
 
 La figura 10.3.3 muestra un esquema de la instrumentación de un túnel en una zona urbana. La 
responsabilidad técnico social de dicho tipo de obra, hace que deba tenerse muy en cuenta la 
afectación en superficie de los movimientos generados durante la excavación. Debido a que en 
la actualidad es muy habitual este tipo de obra, especialmente en el caso de excavación con 
tuneladora, la instrumentación tiene una presencia muy importante en el proyecto general. 
 
Hay que insistir en que el ingeniero de instrumentación debe conocer el funcionamiento de la 
estructura que desea instrumentar; con ello optimizará el coste de la instalación maximizandola 
información obtenida sobre su comportamiento geotécnico; cada proyecto de instrumentación es 
único aunque pueda ser similar a otros. 
 
 
Figura 10.3.3 Esquema de instrumentación de un túnel urbano (www.geokon.com) 
 
Es también el caso de la excavación del túnel urbano de Terrassa (Barcelona), con el fin de 
soterrar las vías del ferrocarril urbano (Ferrocarriles de la Generalitat). La figura 10.3.4 muestra 
el esquema de la instrumentación que se utilizó para controlar la posible afectación a los 
edificios circundantes. Se puede observar la presencia de un antiguo colector de aguas 
residuales que pudiera haber sido afectado por los posibles movimientos en superficie. La 
instrumentación se diseñó fundamentalmente con inclinómetros en los hastiales y extensómetros 
en la clave del túnel. 
 
Finalmente, como ejemplo de la instrumentación de túneles, se presenta a continuación un 
esquema de la instrumentación del túnel urbano de Barcelona que ha de permitir el paso del 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
http://www.geokon.com/
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
18 
 
 ferrocarril de alta velocidad (AVE) por el centro de la ciudad. La figura 10.3.5 muestra dicho 
esquema (El Periódico, 22/1/2008). El proyecto prevé situar 39 secciones instrumentadas, con 
una distancia de 150 m entre ellas. En dicha figura se esquematiza la distribución de los 
instrumentos. Todo ello supone, según dicha fuente, de 550 extensómetros, 78 inclinómetros, 86 
piezómetros, 261 células de carga y 1.800 prismas reflectores colocados en los edificios 
cercanos. 
 
 
Figura 10.3.4 Esquema de instrumentación del túnel urbano de Terrassa (Barcelona) 
 
 
Figura 10.3.5 Esquema de instrumentación del túnel del AVE en Barcelona (El Periódico, 22/1/2008) 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
19 
 
 También es interesante el caso de una excavación a cielo abierto, en ocasiones destinada a la 
construcción de un falso túnel. La figura 10.3.6 muestra un esquema de la instrumentación de 
una excavación a cielo abierto en una zona urbana; la presencia y funcionamiento de las riostras 
y los anclajes que deben ser, en este caso, especialmente controlados mediante células de carga 
apropiadas. También los desplazamientos horizontales deben ser objeto de un control 
exhaustivo. 
 
 
Figura 10.3.6 Esquema de instrumentación de una excavación a cielo abierto (www.geokon.com) 
 
1100..33..33 CCaassooss eenn cciimmeennttaacciioonneess 
 
Se va a considerar en este caso el proyecto de una cimentación especial mediante micropilotes 
metálicos que se diseñó en 1990 para un solar de la Av. de la Luz, situada en la calle Pelayo de 
Barcelona, en que las cargas exteriores debían aplicarse por debajo del nivel de la estación de 
ferrocarril de los Ferrocarriles de la Generalitat. En la figura 10.3.7 se muestra el aspecto de uno 
de los micropilotes metálicos de 80 mm de diámetro instrumentado con un extensómetro de 
cuerda vibrante con el fin de determinar la carga actuante sobre el fuste de dicho pilote, dado 
que se conoce el módulo de deformabilidad del acero del micropilote. A la derecha de dicha 
figura se observa el aspecto del instrumento. 
 
Con el fin de diseñar la cimentación y, con ello, el número necesario de micropilotes, se 
propuso realizar un ensayo con tres micropilotes anclados ya en el propio terreno. En el ensayo 
que se muestra en la figura 10.3.8, a la izquierda, se utilizan los dos micropilotes extremos para 
trabajar a tracción en el marco de carga construido al efecto, en cuanto al pilote central trabaja a 
compresión mediante la aplicación de una carga vertical utilizando un gato hidráulico auxiliar. 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
http://www.geokon.com/
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
20 
 
 
Figura 10.3.7 Aspecto de uno de los micropilotes metálicos (izquierda) de 80 mm de 
diámetro con el extensómetro de cuerda vibrante (a la derecha) 
 
 
Figura 10.3.8 Aspecto del marco de carga instalado (izquierda) y del centro de control del 
ensayo (derecha) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
INGENIERÍA GEOTÉCNICA – GICO UPC 
Tema 10. Instrumentación de estructuras geotécnicas 
 
21 
 
 Bibliografía: 
 
1. Alonso, E., Gens, A. (Eds.), Instrumentación de Obras, Ed. UPC, Barcelona, 1989. 
2. American Society for Testing and Materials (ASTM), volumen 04.08: Soil and Rock, 
Filadelfia, 2006. 
3. Dunnicliff, J., Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance, Ed. 
Willey, EE.UU, 1988. 
4. Norma Tecnológica Española (NTE), Cimentaciones y Estudios Geotécnicos, Madrid, 
1975. 
5. Suriol, J., Lloret, A., Josa, A., Reconocimiento geotécnico del terreno, Ed. UPC, 
Barcelona, 2007 
6. Una Norma Española (UNE), Normas UNE. Geotecnia, AENOR, Madrid, 2007. 
7. http://www.geokon.com 
 
. I
ng
en
ie
rí
a 
G
eo
te
cn
ic
a.
 In
ge
ni
er
ía
 d
el
 T
er
re
no
. U
P
C
.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)