Manual de operación del medidor de presión de suelo con galga extensométrica

1. Propósito

El medidor de presión de suelo con cable vibrante es adecuado para la medición a largo plazo de la tensión de compresión del suelo dentro de presas de tierra, diques de tierra, taludes, cimientos de carreteras, etc., y constituye un dispositivo de monitoreo eficaz para comprender los cambios en la presión del suelo dentro de la estructura medida, además de poder medir simultáneamente la temperatura en el punto de empotramiento.

La estructura del medidor de presión del suelo con cable vibrante es sencilla y su valor es estable, lo que resulta conveniente para instalarlo en cualquier ocasión en la que se requiera un monitoreo a largo plazo de la tensión de compresión del suelo. El medidor de presión del suelo con cable vibrante cuenta con la función de identificación de parámetros.

2. Especificaciones y parámetros técnicos principales

Notas: Módulo de frecuencia F = Hz ² ×10 ^-3

3. Estructura y principio de funcionamiento

3.1 Estructura

El medidor de presión del suelo con galga extensiométrica está compuesto por una placa trasera, una placa sensora, un cable de observación, una galga extensiométrica y una bobina electromagnética estimulante, entre otros.

3.2 Principio de funcionamiento

Cuando la tensión del suelo en la estructura probada cambia, la placa sensora del medidor de presión del suelo detecta sincrónicamente el cambio en la tensión; esta placa produce una deformación, la cual se transmite al cable vibrante para modificar la tensión del mismo, cambiando así la frecuencia de vibración del cable. La bobina electromagnética excita el cable vibrante y mide su frecuencia de vibración, y la señal de frecuencia se transmite al dispositivo de lectura a través del cable, permitiendo así medir el valor de la tensión de presión de la estructura probada. El valor de temperatura del punto integrado se mide de manera sincrónica.

3.3 Métodos de computación

Cuando la temperatura exterior es constante, el medidor de presión del suelo solo está sometido a esfuerzo de compresión, y su valor de esfuerzo de compresión P está relacionado linealmente con el módulo de frecuencia △F de la salida:

P = k × △F

△F = F - F ₀ 

Donde: P — valor medido del medidor de presión del suelo, unidad kPa;

k—La sensibilidad de medición del medidor de presión del suelo, la unidad es kPa/F;

△F—El valor de medición en tiempo real del medidor de presión del suelo con respecto al valor de referencia, la cantidad de cambio de fase, la unidad es F;

F—Valores de medición en tiempo real del medidor de presión del suelo, unidad F;

F ₀ —Valor de referencia del medidor de presión del suelo, unidad F.

b) Cuando la tensión de presión que actúa sobre el medidor de presión del suelo es constante, y la temperatura aumenta △T, el medidor de presión del suelo tiene una salida

△F', esta cantidad de salida es causada por el cambio de temperatura, y por lo tanto debe ser deducida en el cálculo. El experimento muestra que △F' y △T tienen la siguiente relación lineal:

P' = k × △F' + b × △T = 0

K × △F' = -b × △T

△T = T - T ₀ 

Donde: b—Coeficiente de corrección de temperatura del medidor de presión del suelo, la unidad es KPa/℃;

△T—La cantidad de cambio del valor de medición en tiempo real de la temperatura con respecto al valor de referencia, la unidad es ℃;

T—Valor de medición en tiempo real de la temperatura, unidad ℃;

T ₀ —Valor de referencia de la temperatura, unidad ℃.

c) Cuando el medidor de presión del suelo está sometido tanto a esfuerzo de compresión como a temperatura, la fórmula general de cálculo para el medidor de presión del suelo es:

Pm = k × △F + b × △T = k × (F - F) ₀ )+ b×(T - T ₀)  

Donde: Pm—El valor del esfuerzo de compresión de la estructura ensayada, en unidades de kPa.

4. Incorporación e instalación

4.1 Descripción general

El medidor de presión de suelo con cable vibrante se utiliza para medir el esfuerzo de presión en la superficie de contacto entre el objeto ensayado y el cuerpo del suelo (interfaz), como por ejemplo el esfuerzo de presión entre los cimientos de edificios de hormigón y la base del suelo; el esfuerzo de presión entre el revestimiento de hormigón de túneles subterráneos y el suelo; el esfuerzo de presión entre taludes artificiales, muros y pilotes y el suelo; y el esfuerzo de presión del suelo dentro de presas de tierra y roca, bases de carreteras, etc.

El medidor de presión del suelo mide el esfuerzo de presión en la superficie de contacto entre el cuerpo ensayado y el cuerpo del suelo. Unas instalaciones y métodos de enterramiento inadecuados pueden provocar fácilmente que el medidor de presión del suelo se desprenda del objeto ensayado y se descargue, afectando la precisión del valor de medición.

4.2 Método de enterramiento

4.2.1 Para medir el esfuerzo de presión en la superficie de contacto entre la cimentación de una estructura de concreto y la base del suelo, se coloca la célula de presión del suelo sobre la superficie de la base del suelo antes de verter la placa base del edificio, procediéndose luego a compactarla y someterla a esfuerzo. La superficie de la base del suelo debe ser plana, uniforme y densa, y se puede extender uniformemente sobre ella una capa de arena fina para asegurar que ambos contacten y estén sometidos a esfuerzo. 2 sep. (Fig. 4.2.1). Se realiza adecuadamente la extensión y colocación del cable de observación, y posteriormente se vierte la placa base de la cimentación de concreto.

4.2.2 El medidor de presión del suelo se instala en la placa inferior del edificio existente y puede colocarse excavando un hoyo. Este método se divide en el método de caja prefabricada: el tamaño de la caja debe ser 1,1 veces el diámetro del medidor de presión del suelo; método de enterramiento en fosa de excavación: el tamaño de la fosa debe ser ligeramente mayor que el del medidor de presión del suelo, y la profundidad debe determinarse según el tipo de suelo.

Los requisitos para la superficie de base del suelo en el pozo son los mismos que se mencionan anteriormente, y después de todos los métodos de instalación, el medidor de presión del suelo debe someterse a presión o peso para fijarlo, extender el cable de observación y colocarlo. Finalmente, rellenar con concreto (Fig. 4.2.2).

(Fig. 4.2.2) Instrumentación para medir la presión del suelo en la cimentación

4.2.3 El medidor de presión del suelo se integra en el muro de pantalla de concreto, y primero debe fijarse al cilindro de empuje, para luego colocarlo sobre la jaula de refuerzo. Después de que la jaula de refuerzo sea bajada hasta el fondo de la ranura, se ventila y presuriza el cilindro para empujar hacia afuera el medidor de presión del suelo, asegurando que su superficie de membrana de presión esté completamente en contacto con el suelo de la pared de la ranura y sometida a tensión; posteriormente, se vierte el concreto para fijar el medidor de presión del suelo en la interfaz entre el muro de pantalla y el suelo (Fig. 4.2.3).

4.2.4 La instalación del medidor de presión del suelo en la superficie de estructuras de hormigón requiere el uso de un soporte de instalación para fijarlo a la superficie de monitoreo. Al instalarlo, la membrana sensora del medidor de presión del suelo debe enfrentar el suelo, mientras que la parte posterior se presiona contra la estructura de hormigón y se fija con pernos de expansión; también puede ser empotrado en el hormigón (Fig. 4.2.4-1).

(Fig. 4.2.4-1) Método de empotramiento superficial y fijación del medidor de presión del suelo

Los medidores de presión del suelo se instalan en la superficie exterior de diversas tuberías de estructuras de hormigón, corredores de tuberías, túneles y gasoductos en contacto con el suelo, y los medidores de presión del suelo pueden ser integrados en la posición diseñada de la sección de observación; además, el cable de observación debe preinstalarse y protegerse (Fig. 4.2.4-2).

(Fig. 4.2.4-2) Diagrama esquemático de la instalación del tubo de la celda de presión del suelo en la superficie exterior

La instalación de medidores de presión del suelo en la interfaz entre la estructura de concreto y el suelo, los cuales pueden fijarse utilizando el encofrado de vertido. Antes de verter, el sensor de presión del suelo se asegura al encofrado de vertido mediante un soporte de instalación. Después de retirar el encofrado, es necesario eliminar el concreto residual que queda sobre la membrana sensora del sensor de presión del suelo. Para facilitar la eliminación del concreto residual en la membrana, se puede aplicar una capa de aceite sobre la membrana sensora antes de realizar la vertida. Al enterrarlo, la membrana sensora del sensor de presión del suelo está en contacto con el encofrado, y el sensor de presión del suelo se fija al encofrado utilizando tres clavos de doble punta. El cable sobrante se guarda en una caja protectora (Fig. 4.2.4-3).

(Fig. 4.2.4-3) Diagrama esquemático de la instalación del molde de la celda de presión del suelo

Enterrar el medidor de presión del suelo en la interfaz entre la estructura de concreto y el suelo, la cual puede ser fijada mediante la jaula de refuerzo. Antes de verter, utilice el medidor de presión del suelo para instalar el soporte y asegurar el haz de refuerzo, que luego se amarra o se suelda a la jaula de refuerzo. Después de retirar el encofrado, es necesario limpiar el concreto residual presente en la superficie de la membrana sensora del medidor de presión del suelo. Al enterrar, la superficie de la membrana sensora del medidor de presión del suelo debe quedar cerca del encofrado, y no está permitido invertirla. Para facilitar la eliminación del concreto residual en la superficie de la membrana sensora del medidor de presión del suelo, se puede aplicar previamente una capa de aceite sobre dicha superficie. Es fundamental realizar un buen trabajo en la dirección y protección del cable de observación (Fig. 4.2.4-4).

(Fig. 4.2.4-4) Diagrama esquemático de la instalación de la jaula de refuerzo de la celda de presión del suelo

Entierre el medidor de presión del suelo en la interfaz de contacto entre la estructura de acero y el suelo, primero soldando los pernos de fijación a la estructura de acero, y la posición de soldadura de los pernos puede determinarse mediante el soporte de instalación.

4.3 Colocación de cables

El enterramiento del cable de observación se realiza mediante zanjeo, y la profundidad de la zanja no deberá ser inferior a 0,3 m; además, el cable de observación enterrado en la presa de relleno pétreo deberá protegerse con un tubo protector.

El cable de observación debe dejarse con cierta holgura durante la colocación y no debe estirarse ni cruzarse, y el cable del medidor de presión del suelo debe enrollarse en la toma de salida, para evitar una tensión excesiva del cable en la toma de salida.

4.4 Valor de referencia de medición

La lectura del medidor de presión del suelo debe tomarse inmediatamente después de que se complete la instalación y el empotramiento (la lectura en este momento debe ser mayor que antes del empotramiento), y se debe seleccionar el valor estable como el valor de referencia. El valor del medidor de presión del suelo debe elegirse después del calor de hidratación, y la lectura debe realizarse continuamente durante 3 veces; luego, se debe promediar el valor que tenga básicamente la misma lectura como valor de referencia. Una vez determinado el valor de referencia, éste debe registrarse adecuadamente como el valor de referencia para los cálculos.

4.5 Precauciones

El medidor de presión geotécnica debe ser revisado antes del empotramiento para asegurar que el instrumento esté intacto, el cable debe extenderse según los requisitos de diseño, y la numeración debe realizarse adecuadamente.

Se debe prestar especial atención al empotramiento del medidor de presión del suelo: el mortero de cemento no debe cubrir la placa de detección solicitada del medidor de presión del suelo, la superficie solicitada del medidor de presión del suelo debe estar en contacto completo con el suelo, y los espacios alrededor de la placa trasera del medidor de presión del suelo deben rellenarse y compactarse con mortero de cemento.

El valor inicial del medidor de presión del suelo después del empotramiento e instalación debe ser mayor que el valor antes del empotramiento en estado libre. El medidor de presión del suelo debe estar en estado tensionado después de la instalación.

El valor inicial del instrumento debe medirse en el tiempo después de que se instale y coloque el medidor de presión geotécnica, y el registro debe realizarse y archivarse según el número del instrumento y el número de diseño, debiendo protegerse estrictamente el cable de salida del instrumento.

5. Medición

Para la medición in situ del medidor de presión del suelo, se utiliza el lector tipo VW-102A. Un extremo de la línea de medición está conectado al lector, y los diversos clips en el otro extremo de la línea de medición se conectan correspondientemente al cable de salida del medidor de presión del suelo. Los clips negros y rojos se utilizan para medir la frecuencia, mientras que los clips blancos y verdes sirven para medir la temperatura. El medidor de presión del suelo está equipado con un chip de reconocimiento inteligente, que almacena en su memoria información como el número de serie del medidor de presión del suelo, el coeficiente de calibración K y el coeficiente de corrección de temperatura b. Al realizar la medición con el lector, la información de reconocimiento se lee automáticamente y se almacena en el lector en secuencia. La comunicación con la computadora es conveniente para realizar estadísticas rápidas, cálculos y consultas, lo que permite que el trabajo de medición logre una inteligencia artificial y operaciones sin papel.

Los cables de múltiples medidores de presión del suelo en el sitio de construcción fueron accidentalmente excavados y cortados. Al medir una vez con un lector, cada medidor de presión del suelo puede identificarse automáticamente con su número correspondiente e información de identidad.

6. Verificación de fallos del medidor de presión del suelo

Cuando el medidor de presión del suelo falla, el valor de resistencia entre los núcleos del cable del medidor de presión del suelo se puede verificar con un multímetro. En condiciones normales, el valor de resistencia de los núcleos rojo y negro suele ser de aproximadamente 300 Ω; el valor de resistencia de los núcleos verde y blanco debe ser de alrededor de 3 kΩ a 25℃; y la resistencia de aislamiento entre los cables rojo y negro, así como entre los cables verde y blanco o el cable de apantallamiento (alambre desnudo), debe ser mayor que 50 MΩ (se puede utilizar un megóhmetro de corriente continua de 100 V para medir la resistencia de aislamiento, y el multímetro debe utilizarse en el rango de MΩ, cuyo valor debe ser infinito ∞).

7. Inspección de fallas en cables

El modelo del cable extendido para el medidor de presión del suelo es YSPT-4, un cable especial de observación para ingeniería hidráulica, y su valor de resistencia del cable es de aproximadamente 45 Ω/km.

7.1Medición del valor de resistencia con un multímetro (cable de núcleo negro y rojo): Lo normal es aproximadamente 300 Ω, más el valor de resistencia del cable.

a) Si la medición de la resistencia es normal, es posible que el instrumento esté dañado o tenga agua en su interior;

b) Si la medición de resistencia es muy alta o infinita, el cable o conector tiene un circuito abierto;

c) Si el valor de la medición de resistencia es muy pequeño, el cable o la unión están en cortocircuito.

Se manifiesta cuando el valor de la frecuencia no puede ser medido por el dispositivo de lectura.

7.2Medición con un multímetro (cable de núcleo blanco y verde): valor de resistencia: en condiciones normales a una temperatura de 25℃ debería ser de aproximadamente 3 kΩ, más el valor de resistencia del cable.

a) Si la lectura de resistencia es normal, revise el medidor y su cable de conexión de medición;

b) Si la medición de resistencia es muy alta o infinita, el cable o conector tiene un circuito abierto;

c) Si el valor de la medición de resistencia es muy pequeño, el cable o la unión están en cortocircuito.

Se manifiesta por la incapacidad del termómetro para medir el valor de la temperatura.

7.3 Utilice un megóhmetro o multímetro de 100 V cc para medir el valor de resistencia del cable del medidor de presión del suelo (cable rojo, cable negro al cable de tierra; cable blanco, cable verde al cable de tierra; cable rojo, cable negro al cable blanco, verde). Si el valor es muy pequeño ﹤5 MΩ

Su funcionamiento es que el instrumento de lectura mide normalmente; sin embargo, la unidad de medición automática del módulo distribuido tipo MCU-32 puede hacer que el valor de frecuencia sea inestable, y al medir el valor de temperatura, este será aproximadamente entre 10 y 20 ℃ más bajo que el valor normal.

8. El valor medido por el medidor de lectura es inestable

a) Conecta el cable blindado al clip negro del cable de medición del multímetro;

b) Tal vez el agua ha ingresado a la unión del cable, cárguelo y vuelva a conectarlo;

c) Determine el rango de frecuencia del medidor de presión del suelo y seleccione el tipo correcto de excitación para el medidor

d) Determine la base de resistencia a la temperatura del medidor de presión del suelo, seleccionando correctamente la base de resistencia del medidor;

e) Verifique fuentes cercanas de interferencia, como motores, generadores, antenas o cables de alimentación de CA, y manténgase alejado de las mencionadas fuentes de interferencia.

9. Asuntos que requieren atención

Los valores de frecuencia y temperatura deben medirse antes y después de la instalación del medidor de presión del suelo, y se deben realizar y archivar registros según el número del medidor de presión del suelo y el número de diseño, prestando especial atención a la protección del cable de observación del medidor de presión del suelo.

10. Aceptación y Almacenamiento

El usuario debe verificar primero la cantidad del instrumento (incluyendo accesorios) y el certificado de inspección de fábrica, entre otros, para asegurarse de que coincidan con la lista de embalaje. Después de abrir la caja, se debe medir la resistencia de aislamiento entre el circuito y la carcasa sellada de cada instrumento utilizando un megóhmetro de 100 V, y el valor medido debe cumplir con los requisitos especificados para la resistencia de aislamiento. Durante la aceptación, se deberá medir cada instrumento con un instrumento de lectura para comprobar si el instrumento está en condiciones normales. El instrumento debe mantenerse en una habitación seca y ventilada.

11. Postscripto

El medidor de presión del suelo con galga extensométrica tiene garantía por un año a partir de la fecha de salida de fábrica. Si el rendimiento es inferior a las condiciones técnicas y se trata de un problema de calidad del producto, la empresa será responsable del mantenimiento o reemplazo gratuitos (si el daño es causado por el sistema imperfecto de protección contra rayos en el sitio y por fuertes descargas eléctricas, etc., no estará cubierto).