Instrumentación aplicada a la edificación (2) Clinómetros

2. DEFORMACIÓN CON RESPECTO AL EJE VERTICAL.

2.1 CLINÓMETROS.

DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO.

 “El clinómetro es un equipo mecánico o eléctrico que se diseña para medir con precisión los cambios  en la inclinación o rotación de un punto ubicado en  tierra o en una estructura. Funciona bajo el principio gravitacional, o sea, que registra los movimientos de  inclinación con respecto a un eje vertical”1.

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APLICACIONES

“Su aplicación es monitorear la inclinación en muros de retención, en zonas de deslizamiento o de hundimiento o en elementos con movimiento rotacional incluyendo la posibilidad de que se encuentren sumergidos”2.

“El clinómetro  tiene también una gran variedad de aplicaciones industriales y GPS.  Muchos usuarios lo utilizan para el posicionamiento de antenas, de superficies y también en aplicaciones marinas, monitoreo de estructuras y pruebas y monitoreo en la industria”3.

“También es utilizado para monitoreo de rotaciones en minas a cielo abierto y muros de contención, rotaciones causadas por túneles y minas, rotaciones en estructuras y edificios. En general, medirán la estabilidad de deslizamientos y desplazamientos una masa”4.

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FUNCIONAMIENTO DEL INSTRUMENTAL

Los clinómetros se instalan sobre elementos estructurales o superficies.

 El sensor para clinómetros de superficie puede ser de tipo mecánico, electrolítico, de servo-acelerómetro,  de cuerda vibrante o MEMS. Los clinómetros también se pueden instalar en barrenos, tanto en cortinas de concreto como en terraplenes.

El sistema básico que compone a un clinómetro  consiste en lo siguiente:

– Un dispositivo metálico de fijación, donde se monta el sensor, puede ser tan simple como un par de  anclajes, o una placa metálica que se fija a la estructura o superficie en estudio con tornillos, anclajes o pegamento.

– Un sensor, que puede ser portátil o fijo”5.

• Tipos de sensores:

Sensor mecánico:

“Es un dispositivo que consta de una barra, un nivel de burbuja y un micrómetro. La barra se fija al par de anclas con cabeza esférica. Mediante el nivel de burbuja, se verifica que la barra esté horizontal. El movimiento vertical se mide con el micrómetro. Los movimientos relativos en el plano vertical se registran como cambios en la lectura del micrómetro de carátula.

Sensor con servo-acelerómetro:

Es un equipo portátil para medir la inclinación tanto en un plano vertical como horizontal. Tiene una placa de referencia metálica o de cerámica que se fija a la superficie por medio de tornillos o adherido, lo cual ayuda a aumentar la precisión. La medida se realiza en una posición fija, se toma la lectura y se gira el clinómetro 180° y se vuelve a tomar la lectura para verificar la medición”6.

“Su estabilidad térmica se consigue gracias a su baja deriva térmica por compensación de temperatura, mientras que su estabilidad mecánica frente a vibraciones, golpes, choques, etc., se consigue por el tipo de tecnología servo que mantiene sumergida en aceite y realimentada en corriente la masa sísmica del sensor”7.

Sensor de cuerda vibrante:

“El transductor de cuerda vibrante puede sujetarse a la superficie de una estructura o colocarse embebido.  Están disponibles dos configuraciones: en la primera, un péndulo se fija firmemente a la parte superior de un  clinómetro que al deformarse es monitoreado por transductores de cuerda vibrante, uno de cada lado del péndulo en el plano de inclinación; otra manera alternativa es colocando cuatro transductores espaciados alrededor del péndulo para monitorear la inclinación en dos planos verticales. En la segunda, se colocan los transductores  montados en lados opuestos al lado del péndulo, lo cual ocasiona iguales deformaciones, pero en sentido  contrario”8.

Sensor MEM:

Este tipo de sensor mide inclinaciones en un rango de ±10° con respecto a la vertical, se fabrica en la versión uniaxial o biaxial, se emplea de manera sumergida con cables de gran longitud sin que se degrade la señal de salida. Tiene una excelente confiabilidad y estabilidad con el tiempo y la temperatura, resistente a los golpes y  las sobrecargas. Está formado por

– Un cable eléctrico.

– Una unidad portátil de lectura con fuente de energía,  donde se mide o graba la información del  sensor. Esta unidad se puede sustituir por un equipo de grabación automatizada. Tiene la función de proporcionar energía, recibir las señales eléctricas y exhibir las lecturas en forma digital y almacenar los datos. Debe instalarse de manera que el observador tenga fácil acceso”9.

TIPOS DE CLINÓMETROS

Los clinómetros se fabrican uniaxiales y biaxiales. Los uniaxiales miden la rotación en un plano vertical.  Los biaxiales miden la rotación en dos planos verticales ortogonales.

– Clinómetros superficiales o de barra.

“Los clinómetros de superficie se instalan sobre paredes verticales de edificios o estructuras para medir las inclinaciones y/o las rotaciones de éstas.

Están disponibles tanto en versión uniaxial como biaxial y pueden estar equipados con un sensor de tipo magneto resistivo sin contacto o servo-acelerómetro.

Estos clinómetros se caracterizan por tener un cuerpo cilíndrico de acero inoxidable y permeable hasta los 200kPa, además están equipados con un nivel esférico y un soporte regulable para la instalación.

Los clinómetros de barra han sido ideados para controlar deformaciones, hundimientos o rotaciones de edificios o estructuras. El sensor puede rotar 180º para permitir la ejecución de mediciones tanto sobre el plano horizontal como el plano vertical”10.

– Clinómetros portátiles.

clinometro-portatil“El clinómetro portátil se emplea para efectuar medidas de inclinación de superficies, tanto verticales como horizontales (versión biaxial). El instrumento está provisto de un marco externo de acero inoxidable ideado expresamente para garantizar el perfecto posicionamiento del aparato sobre su plancha de medición. El sensor del tipo servo-acelerómetro viene instalado en el interior de un alojamiento especial de aluminio y fijado al interior del marco del aparato.

Las mediciones en superficies horizontales se realizan simplemente apoyando el instrumento sobre la plancha fijada a la superficie. Para las mediciones en paredes verticales es necesario apoyar lateralmente el instrumento a la plancha previamente fijada a la pared.

Los eventuales errores sistemáticos del instrumento se eliminan ejecutando una serie de mediciones conjugadas, rotando el instrumento 180o11.

“El clinómetro portátil es adecuado para controlar los cambios de inclinación de una estructura. Es reforzado en su construcción y tiene una excelente estabilidad térmica. El sistema de clinómetro incluye bases para clinómetro portátil, un clinómetro portátil y una unidad de lectura. Las bases de metal (bronce) son estables dimensionalmente y resistentes a la intemperie. Las bases se montan en la estructura en los emplazamientos especificados. Las lecturas de inclinación pueden obtenerse rápida y sencillamente por un único operario”12.

– Clinómetros sumergibles

clinometro-sumergible“La inclinación del medidor sumergible proporciona monitorización remota de precisión en tiempo real de inclinación de las estructuras sumergidas. Consiste en un sensor inclinómetro que se monta dentro de un recinto a prueba de agua”13.

“El  modelo clinómetro sumergible a profundidad tiene las mismas características que cualquier otro clinómetro, la única diferencia es que este aparato dispone de una carcasa sumergible, construida de una pieza sólida de acero inoxidable. Además suelen incorporar un conector de neopreno de alta presión. La presión nominal que soporta  llega a ser del orden de 250 bares (2.500 metros de profundidad).

Los clinómetros sumergibles a profundidad son una excelente  opción para el monitoreo de Presas, plataformas petrolíferas, oleoductos y maquinaria bajo el agua”14.

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS:

Según los catálogos comerciales revisados, se han realizados la siguiente tabla resumen:

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Trabajo Fin de Grado ANÁLISIS DE LA INSTRUMENTACIÓN APLICADA A LA EDIFICACIÓN cedido por María del Carmen Gómez López, Ingeniero de la Edificación (margomlop5@gmail.com)

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CITAS BIBLIOGRÁFICAS:
1: Comisión Nacional del Agua. Medición de Movimientos Internos. En: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Boulervard Adolfo Ruiz Cortines. Manual de Mecánica de Suelos. Instrumentación y Monitoreo del Comportamiento de Obras Hidráulicas.Vol.1 Tlalpan, México,D.F. 2012. PAG. 1-135.
2: Comisión Nacional del Agua. Medición de Movimientos Internos. En: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Boulervard Adolfo Ruiz Cortines. Manual de Mecánica de Suelos. Instrumentación y Monitoreo del Comportamiento de Obras Hidráulicas.Vol.1 Tlalpan, México,D.F. 2012. PAG. 1-135.
3: Rimsaa.com. España: Rimsaa; 2007 (citado 5 febrero 2015). Disponible en: http://www.rimsaa.com/sitio/?id=85
4: Sisgeo.com. España: Sisgeo; 2013 (citado 7 marzo 2015).  Disponible en:  http://sisgeo-northamerica.com/wp-content/datasheets-es/clinometro-portatil.pdf
5: Comisión Nacional del Agua. Medición de Movimientos Internos. En: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Boulervard Adolfo Ruiz Cortines. Manual de Mecánica de Suelos. Instrumentación y Monitoreo del Comportamiento de Obras Hidráulicas.Vol.1 Tlalpan, México,D.F. 2012. PAG. 1-135.
6: Comisión Nacional del Agua. Medición de Movimientos Internos. En: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Boulervard Adolfo Ruiz Cortines. Manual de Mecánica de Suelos. Instrumentación y Monitoreo del Comportamiento de Obras Hidráulicas.Vol.1 Tlalpan, México,D.F. 2012. PAG. 1-135.
7:Sensing.com. España: Sensing; 2013(citado 7 marzo 2015). Disponible en:  http://www.sensores-de-medida.es/sensing_sl/SENSORES-Y-TRANSDUCTORES_35/Inclin%C3%B3metros—Sensores-de-inclinaci%C3%B3n_62/Servoinclin%C3%B3metros_64/Inclin%C3%B3metro—aceler%C3%B3metro-tipo-servo-SENSOREX-SX41200_91.html
8: Comisión Nacional del Agua. Medición de Movimientos Internos. En: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Boulervard Adolfo Ruiz Cortines. Manual de Mecánica de Suelos. Instrumentación y Monitoreo del Comportamiento de Obras Hidráulicas.Vol.1 Tlalpan, México,D.F. 2012. PAG. 1-135.
9: Comisión Nacional del Agua. Medición de Movimientos Internos. En: Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, Boulervard Adolfo Ruiz Cortines. Manual de Mecánica de Suelos. Instrumentación y Monitoreo del Comportamiento de Obras Hidráulicas.Vol.1 Tlalpan, México,D.F. 2012. PAG. 1-135.
10: Sisgeo. Inclinómetros y Péndulos. Catálogo Sisgeo. 2014 Vol:(2):8-10.
11: Sisgeo.  Inclinómetros y Péndulos. Catálogo Sisgeo. 2014 Vol: (2):8-10.
12: Mekano4. Inclinómetros/Péndulos. Catálogo Mekano . 2013 Vol:(2): 15-17
13: Rstinstruments.com. Canadá: RstInstrument;2014 (citado 15 marzo 2015) Disponible en: http://www.rstinstruments.com/MEMS.html
14:Entornoseguro.com. España: Entorno seguro; 2014 (citado 15 marzo 2015) Disponible en: http://entornoseguro.com/productos/jewell/model-802-clinometro-sumergible-a-profundidad/