Monitoreo Geotecnico Ing Geológica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA
Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica
ANÁLISIS DE LA INESTABILIDAD DE TALUDES Y MONITOREO
GEOTÉCNICO
PRESENTADO POR:
Calderón Angulo, Miriam Katherine.
Cruzado Barboza, Edgar Michel.
Gallardo Mariano, Cristhian.
Huatay Quiliche, Jhonn Darling.
Medina Tasilla, Dianela.
Mejía Espinoza, Osmer Elí.
Salazar Matara, Jessica.
Vásquez Briones, Joshua.
DOCENTE:
Ing. Juan Rosas Guzmán.
Cajamarca, febrero del 2019
INDICE
CAPÍTULO I ...............................................................................................................................4
INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................4
1.1.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..........................................................................5
1.2.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ...............................................................................5
1.3.
OBJETIVOS ......................................................................................................................5
Objetivo General ...............................................................................................................5
Objetivos Específicos .........................................................................................................5
CAPÍTULO II ..............................................................................................................................6
MONITOREO GEOTECNICO ..................................................................................................6
2.1.
MONITOREO GEOTÉCNICO........................................................................................6
2.2.
INSTRUMENTACION Y MONITOREO........................................................................6
2.3.
PIEZÓMETROS ...............................................................................................................7
2.3.1. Observaciones en apiques o excavaciones .........................................................................8
2.3.2. Tipos de configuración de instalación de piezómetros. .................................................. 11
2.3.3. Mantenimiento de piezómetros ....................................................................................... 12
2.4.
MONITOREO MEDIANTE EL USO DE EXTENSÓMETROS .................................. 20
2.4.1. Tipos ................................................................................................................................ 20
2.5.
MONITOREO CON PRISMAS ..................................................................................... 25
2.5.1. Sistemas de Monitoreo Estación Total. ........................................................................... 25
2.5.2. Sistemas de control Teodolito Robotizado/Prisma. ........................................................ 25
2.5.5. Variables que Interfieren con el Sistema de Medición. .................................................. 30
2.5.6. Ventajas y Desventajas del Sistema Estación Total. ....................................................... 31
2.5.7. Análisis Data Prismas:..................................................................................................... 32
2.6.
ESTACIÓN ROBOTICA ................................................................................................ 36
2.6.1. Cuando no utilizarla ........................................................................................................ 37
2.6.2. Cuándo utilizarla ............................................................................................................. 37
2.6.3. Estaciones totales robotizadas ......................................................................................... 38
2.6.4. Adquisición automática del prisma................................................................................. 38
2.7.
DATALOGGER .............................................................................................................. 39
2.7.1. Usos de los datalogger ..................................................................................................... 40
2.7. 2. MODELOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES ........................................................... 41
2.7.3. Análisis de estabilidad de taludes mediante la modelación de software ........................ 42
2.8.
MONITOREO GEOTÉCNICO CON RADAR ............................................................. 47
1
2.8.1. Estrategias de monitoreo ................................................................................................. 47
2.8.1. Tipos de radares .............................................................................................................. 48
2.8.3. Funcionamiento del Radar de Estabilidad de Taludes ................................................... 57
2.8.4. Alarmas en el Radar de Estabilidad de Taludes ............................................................. 60
2.8.5. Esquema general del trabajo del Radar de Estabilidad de Taludes .............................. 62
2.8.6. Limitaciones del Radar de Estabilidad de Taludes ........................................................ 63
2.9.
INCLINÓMETRO .......................................................................................................... 64
CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 73
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 74
INDICE DE IMÁGENES
Imagen 1. Habilitación de tubo de PVC. (Geo Master 2015) ......................................................... 11
Imagen 2. Instalación de tubo de PVC en zona perforada. (Geo Master 2015)............................... 12
Imagen 3. Verificación de profundidad de perforación. (Geo Master 2015) .................................. 12
Imagen 4. Colocación de lechada de cemento con bentonita. (Geo Master 2015) .......................... 12
Imagen 5. Expulsión de agua con aire durante 10 min. (Geo Master 2015) ................................... 13
Imagen 6. Ubicación de los piezómetros en la zona de estudio (Geo Master 2015)........................ 16
Imagen 7. Anotación Y comparación de datos obtenidos (Geo Master 2015). ............................... 16
Imagen 8. Extensómetro de convergencia. .................................................................................... 22
Imagen 9. Extensómetros de varilla. ............................................................................................. 23
Imagen 10. Extensómetros de terraplén. ....................................................................................... 24
Imagen 11. Extensómetros fijos.................................................................................................... 24
Imagen 12. Estación Total Robotizada Leica TM-50 .................................................................... 26
Imagen 13. Monitoreo de área amplia, Monitoreo exclusivo y Monitoreo de largo alcance. .......... 47
Imagen 14. Radar de escaneo de área amplia – SSR- XF. ............................................................. 48
Imagen 15. Radar de escaneo de área específica – SSR- XT. ........................................................ 49
Imagen 16. Radar de escaneo de largo alcance (Alta resolución) – SSR- SARx. ........................... 50
Imagen 17. Radar de escaneo de cobertura total (Alta resolución) – SSR- Omni. .......................... 51
Imagen 18. Radar de Estabilidad de Taludes y sus partes .............................................................. 54
Imagen 19. Funcionamiento del Radar. ........................................................................................ 54
Imagen 20. Dirección de barrido que realiza el Radar. .................................................................. 55
Imagen 21. Resultado final del barrido total de la zona de interés. ................................................ 55
Imagen 22. Desplazamiento de la pared debido al movimiento. .................................................... 55
Imagen 23. Perforación de barreno para instalación de inclinómetro. ............................................ 64
Imagen 24. Tubería para inclinómetro. ......................................................................................... 65
Imagen 25.Registro de inclinómetro. ............................................................................................ 65
Imagen 26. Tapa metálica a nivel de suelo para proteger el sistema. ............................................. 66
Imagen 27. Toma de lectura de un inclinómetro. .......................................................................... 69
2
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Estudio y monitoreo de deslizamiento o taludes (Suarez, 2009) .......................................6
Figura 2. Piezómetros de cabeza abierta (Cornforth 2005). .............................................................9
Figura 3. Piezómetro de Casagrande (Cornforth 2005) ................................................................. 10
Figura 4. Gráficos obtenidos del programa Solinst Levelogger. (Geo Master 2015) ...................... 14
Figura 5. Partes de un piezónetro. (Geo Master 2015)................................................................... 14
Figura 6. Variación del nivel freático respecto al tiempo en el Piezómetro Unidad “Atocongo”.
(Geo Master 2015). ...................................................................................................................... 17
Figura 7. Variación del nivel freático respecto al tiempo en el Piezómetro Unidad “Atocongo”.
(Geo Master 2015). ...................................................................................................................... 17
Figura 8. Resultados Físico-Químico, Unidad “Atocongo” (Geo Master 2015). ............................ 18
Figura 9. Registros de Nivel Freático Unidad “Atocongo” (Geo Master 2015). ............................. 19
Figura 10. Extensómetro Mecánico. ............................................................................................. 22
Figura 11. Extensómetro eléctrico. ............................................................................................... 22
Figura 12. Principio de Operación Sistema Teodolito Prisma........................................................ 27
Figura 13. Diagrama de instalación del Sistema Prisma Jalón. ...................................................... 27
Figura 14. Módulo Geomos Monitor ............................................................................................ 28
Figura 15. Módulo Analyzer Software Geomos ............................................................................ 29
Figura 16. Cálculo de Velocidades, Gráficos y Velocidad Inversa. ............................................... 33
Figura 17. Vectores y Planos de Isocurvas de Velocidades de desplazamiento .............................. 33
Figura 18. Ubicación geográfica de la mina Yanacocha. ............................................................... 34
Figura 19. Componentes de geomos. ............................................................................................ 34
Figura 20. Representaciones del desplazamiento de prismas. ........................................................ 35
Figura 21. Monitoreo con prismas en Yanacocha ......................................................................... 35
Figura 22. Proceso del control de monitoreo con Estación total robótica ....................................... 36
Figura 23. Datalogger Gl 240 ....................................................................................................... 39
Figura 24. Esquema representativo de la transferencia de de datos de un Dalogger hacia un
computador .................................................................................................................................. 41
Figura 25. Estudio y monitoreo de deslizamientos. ....................................................................... 42
Figura 26. Análisis de estabilidad de taludes de una presa. ........................................................... 43
Figura 27. Análisis de estabilidad de taludes de una presa. ........................................................... 44
Figura 28. Análisis de estabilidad de taludes de una presa. ........................................................... 44
Figura 29. Onda Sinusoidal .......................................................................................................... 56
Figura 30. Cambio de fase de una onda sinusoidal. ....................................................................... 56
Figura 31. Método de monitoreo del Radar................................................................................... 56
Figura 32. Movimiento constante de una pared. ............................................................................ 59
Figura 33. Movimiento acelerado de una pared............................................................................. 60
Figura 34. Movimiento de la pared - colapso. ............................................................................... 60
Figura 35. Ejemplo de alerta amarilla. .......................................................................................... 62
Figura 36. Ejemplo de alerta amarilla. .......................................................................................... 62
Figura 37. Esquema general del trabajo del radar. ......................................................................... 63
Figura 38. Sonda introducida en tubería y Tubo carcasa para inclinómetro contenido en planos. ... 67
Figura 39. Convención de signos en un inclinómetro. ................................................................... 68
Figura 40. Matrices de lecturas descargadas en ordenador. ........................................................... 70
Figura 41. Ángulo de la tubería con respecto a la perpendicularidad del túnel. .............................. 71
Figura 42. Hoja de cálculo para procesar matrices de inclinómetro. .............................................. 72
Figura 43. Gráfica típica de deformaciones horizontales contra profundidad. ................................ 72
3
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
Muchos eventos de inestabilidad geotécnica, se han registrado a nivel mundial con diferentes
consecuencias impactando a las personas y planes de producción afectando equipos,
instalaciones y personas. Todos estos factores han provocado un gran impacto en el negocio
minero generando grandes pérdidas, llegándose incluso al cierre de un yacimiento, Esto se
debe en la mayoría de los casos a que no se contaba con un sistema de control adecuado,
además de no contar con la instrumentación y planes de monitoreo eficientes que permitieran
anticiparse tempranamente, al colapso y dimensionamiento de la magnitud observada para
la inestabilidad.
Tal como se ha indicado resulta indispensable contar con un modelo de procesos Geotécnico,
el cual permita un ordenamiento de la información Geológica y Geotécnica, este debe estar
conformado por las etapas de instrumentación y monitoreo.
Las empresas mineras formales invierten en una serie de instrumentos geotécnicos que,
usados de forma correcta, son muy útiles.
La legislación peruana, en los artículos 230, 231, 232 del Reglamento de Seguridad y Salud
Ocupacional en Minería, refieren sobre los controles en las estructuras de las empresas
mineras. En tal sentido un estudio (ingeniería) referido a un componente minero (Pad de
lixiviación, Depósito de Material Estéril, Presa, Tajo, etc) deberá de referirse a
instrumentación Geotécnica.
4
1.1.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Durante los últimos años, la minería moderna ha evolucionado en todos sus controles para
evitar las pérdidas. Por ello ha desarrollado una serie de sistemas que traten de prevenir y
mejorar las condiciones que pueden surgir en una operación.
El monitoreo geotécnico es indispensable en la planificación de la minería ya que ahí
intervienen varios factores de los cuales depende el éxito de un proyecto.
1.2.FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cuáles son los principales tipos de monitoreo geotécnico?
1.3.OBJETIVOS
Objetivo General
Describir los principales tipos de monitoreo geotécnico en minería.
Objetivos Específicos
Describir los principales softwares utilizados en el monitoreo.
Analizar las formas de monitoreo desde oficina y en campo.
Presentar las ventajas y desventajas de los tipos de monitoreos.
5
CAPÍTULO II
MONITOREO GEOTECNICO
2.1. MONITOREO GEOTÉCNICO
El monitoreo geotécnico sirve para chequear y controlar el diseño realizado para el proyecto,
entregar alertas de un potencial derrumbe, minimizar daños a estructuras cercanas, revelar
incertidumbres y mejorar el estado de la ingeniería, entre otros. Es decir, realizar un
seguimiento a la obra y corregir elementos que puedan haber faltado.
Este paso consiste en la medición y control de diversas variables, analizando su evolución
en el tiempo. Por ejemplo, para una presa de relave, las de mayor relevancia comprenden
caudales procedentes del sistema de drenaje, deformaciones del muro, presiones
intersticiales, estado tensional. A su vez, es de especial importancia el monitoreo sísmico,
de manera de conocer la intensidad y la respuesta de la estructura ante estos fenómenos y
verificar que los supuestos adoptados en la etapa de diseño se cumplen. El monitoreo puede
realizarse durante las etapas de construcción, operación y cierre. (Morales 2012)
2.2. INSTRUMENTACION Y MONITOREO
La instrumentación tiene por objeto monitorear en el tiempo, el comportamiento de un talud
o un deslizamiento.
La utilidad de la instrumentación de campo, radica en la posibilidad de obtener información
del comportamiento del talud (con el tiempo) y medir algunos parámetros geotécnicos que
controlan el mecanismo de falla.
Figura 1. Estudio y monitoreo de deslizamiento o taludes (Suarez, 2009)
6
2.3. PIEZÓMETROS
Un piezómetro es un dispositivo de medición geotécnica que permite medir la presión del
agua subterránea y nivel freático durante la construcción y funcionamiento de una presa,
depósitos de relaves mineros, operaciones de explotación de minerales o zonas de trabajo
empleados para fines de estudio, así como el aumento o disminución de la misma, cuando
se realiza una perforación determinada con objeto de realizar algún tipo de construcción.
Principalmente es utilizado para medir el nivel de la superficie freática producida por alguna
infiltración de aguas subterráneas. (Suárez, 2009)
Esos cambios de presión del agua subterránea pueden ser debidos a factores naturales o a las
obras relacionadas con la construcción.
Los piezómetros presentan varias aplicaciones, entre las que se menciona:
 Monitoreo del nivel freático.
 Monitorear la presión del agua.
 Monitoreo de sistemas de drenaje.
 Monitoreo de la calidad del agua subterránea.
La importancia de monitorear el comportamiento de la presión de poros en el suelo de
cimentación que tiene un nivel de agua freática superficial, sobre todo en las fases de
construcción de una estructura, que le generará un incremento significativo de esfuerzos
Teóricamente, al colocar una carga, inicialmente el incremento de esfuerzos en la masa del
suelo sería tomado por el agua contenida en los poros del mismo y por consiguiente
disminuiría su resistencia al esfuerzo cortante; entonces, si ocurre que el incremento de la
presión de poro es demasiado grande, se podría provocar la falla del terreno de cimentación;
es donde el monitoreo de niveles freáticos toma mucha importancia, indudablemente la
presión de poros toma importancia ya que el valor de este factor es necesario para la
construcción de cualquier tipo de estructura; de ahí la necesidad de observar su
comportamiento, con mucha atención durante la etapa constructiva de una estructura, y
proseguir su monitoreo en un lapso posterior para registrar cualquier cambio suscitado
(Beltran & Vintimilla, 2014).
La perforación para piezómetros o pozos de observación se utilizan principalmente para dos
tipos de tareas:
7
A) El monitoreo de niveles tóxicos, contaminación de los acuíferos y subsuelo.
B) Comportamiento de napa freática para estudios de rendimiento.
2.3.1. Observaciones en apiques o excavaciones
La presión de poros se puede monitorear utilizando excavaciones de observación o
piezómetros, los cuales pueden ser de tubo abierto, neumáticos o de cable vibratorio. El tipo
de piezómetro a seleccionar para cada estudio específico depende de las características de
funcionamiento del piezómetro y de su precisión. Este es el método más simple, pero
requiere de un tiempo significativo después de realizada la excavación y antes de tomar la
medida, para permitir que el nivel de agua logre equilibrarse.
Sondeo Abierto
Consiste en perforaciones abiertas en las cuales se coloca un tubo perforado en su base o
tubos que se hincan a presión y luego se extraen ligeramente. La profundidad del nivel de
agua se puede medir por medio de un cable y un elemento detector (que bien puede ser un
medidor eléctrico o un simple objeto metálico). Una cubierta de protección impide la entrada
del agua lluvia.
Si el sondeo abierto se encuentra en una formación de suelo homogéneo con solo un nivel
de agua presente, este sistema es válido para obtener información de las variaciones del nivel
freático. Su precisión generalmente es buena, pero como la perforación tiene comunicación
con todos los estratos, no se puede especificar la presión del agua en un sitio determinado.
El nivel del agua que se obtiene, corresponde a la cabeza de presión en la zona más
permeable y esto puede prestarse para errores en el análisis.
Piezómetro de Cabeza Abierta
Uno de estos piezómetros es el tipo Casagrande que es muy similar al tubo abierto con un
filtro y con la colocación de sellos de Bentonita, permite especificar el sitio de la lectura,
eliminando el factor de error ya descrito. Generalmente, se coloca un filtro o un elemento
poroso, para determinar el sitio específico de la medición.
8
Figura 2. Piezómetros de cabeza abierta (Cornforth 2005).
Este piezómetro está conformado por los siguientes elementos: un filtro de arena dentro del
cual se coloca una celda permeable o bulbo, un tubo vertical, un sello de bentonita que se
coloca arriba del filtro de arena y envuelve al tubo vertical.
Los piezómetros de tubo abierto o de tipo “Casagrande”, se emplean para detectar, medir y
monitorear el nivel freático, y mediante cálculos adicionales medir la presión de poros,
específicamente a la profundidad de instalación de la punta de medición, siendo necesario
en las etapas constructivas, para conocer los puntos críticos de medición y adquirir datos que
se pueden ser de utilidad, (Beltran & Vintimilla, 2014).
El tubo utilizado debe tener un diámetro recomendado de 12 mm para que las burbujas de
aire puedan subir libremente sin tener obstrucciones.
9
Figura 3. Piezómetro de Casagrande (Cornforth 2005)
Los piezómetros modernos consisten en un elemento poroso de polietileno de alta densidad
unido a un tubo de PVC o ABS. Los piezómetros de cabeza abierta son considerados por
los ingenieros, como los más confiables. Algunas de las ventajas de los piezómetros de
cabeza abierta son los siguientes (Abramson 2002):

Son simples y fáciles de interpretar.

Su durabilidad y permanencia en el tiempo es muy buena.

Son fáciles de mantener.

Se pueden utilizar unidades de medida portátiles.

Se puede muestrear el agua freática.

Se pueden utilizar para medir la permeabilidad del suelo.
Entre las limitaciones de los piezómetros de cabeza abierta se puede mencionar que son de
respuesta lenta con el tiempo y que los filtros pueden taparse con la entrada repetida de agua;
sin embargo, la limitación más importante es que no permiten medir los niveles pico de
presión durante tormentas cuando los piezómetros se encuentran instalados en arcillas
(Cornforth, 2005).
Piezómetros Neumáticos: Estos piezómetros se usan para medir el nivel freático y la
presión de poros que se presenta en las masas del suelo; consiste en una punta porosa
conectada a una cámara de equilibrio que contiene una válvula o diafragma sensitivo que
10
abre o cierra la conexión entre los dos tubos que alcanzan la superficie donde se realiza las
mediciones.
2.3.2. Tipos de configuración de instalación de piezómetros.
Cabe recalcar que en las zonas de trabajo al ser necesario colocar piezómetros en una misma
ubicación, pero a diferentes cotas, en la construcción será necesario utilizar el sistema
multinivel o de piezómetros anidados, esto quiere decir que en la misma perforación se
deberán instalar un número determinado de piezómetros.
Elección del tipo de piezómetro: Los factores o aspectos a tomar en cuenta al momento de
elegir el tipo de instrumentación geotécnica con piezómetros son: sensibilidad y rango de
operación, precisión, seguridad y durabilidad. Los dos primeros factores se encuentran en
función de la magnitud de esfuerzos que se requiere medir. La seguridad depende del tipo
de suelo donde será colocado el piezómetro, del proceso constructivo y desde luego del
cuidado y mantenimiento en su operación. La durabilidad, se refiere al tiempo durante el
cual se hará uso de la operación de los equipos. Por lo general, se considera que para aquellos
piezómetros que son instalados y operados correctamente, la seguridad y la durabilidad, son
frecuentemente más importantes que la alta precisión y que la sensibilidad, (Beltran &
Vintimilla, 2014).
Imagen 1. Habilitación de tubo de PVC. (Geo Master 2015)
11
Imagen 2. Instalación de tubo de PVC en zona perforada. (Geo Master 2015)
Imagen 3. Verificación de profundidad de perforación. (Geo Master 2015)
Imagen 4. Colocación de lechada de cemento con bentonita. (Geo Master 2015)
2.3.3. Mantenimiento de piezómetros
El objetivo principal luego de la instalación de los piezómetros, es hacer una limpieza y
lavado de los tubos piezométricos, drenando el agua con ayuda de una compresora de aire,
para permitir la recirculación del agua captada.
12
Este proceso se efectúa para así poder realizar los trabajos de monitoreo periódico de la
variación del nivel freático, así como poder tomar muestras de las aguas subterráneas que se
encuentran dentro de la influencia de cada unidad de operación, a fin de analizar su calidad
y dar cumplimiento al estudio hidrogeológico, según los estándares exigidos por las
entidades ambientales a cargo
Para la realización de la limpieza se hace uso de una compresora de aire Este proceso consiste
en introducir una manguera de polietileno de 1” de diámetro hasta alcanzar la cota del nivel
freático y por 10 minutos se permite el ingreso de aire de la compresora, lo que hace que el
agua captada en el tubo piezométrico sea expulsada hacia la superficie. (Geo Master 2015).
Imagen 5. Expulsión de agua con aire durante 10 min. (Geo Master 2015)
Piezómetro abierto con sensor automático
El sensor automático sintetiza la lectura en el piezómetro de tubo abierto. Los sensores
presentan diferentes características de lectura, para cada caso según el estudio requerido. Los
datos registrados por estos sensores se descargan por medio de cables de interface a un
ordenador, para su posterior uso en el programa de cómputo Solinst Levelogger.
13
Figura 4. Gráficos obtenidos del programa Solinst Levelogger. (Geo Master 2015)
En el programa de instrumentación de piezómetros abiertos con sensores automáticos, nos
permiten obtener el registro de presión tanto relativa como absoluta, temperatura y/o registro
de conductividad del agua.
Figura 5. Partes de un piezónetro. (Geo Master 2015)
14
2.3.4. El uso de los piezómetros en el estudio de los deslizamientos
Los piezómetros generalmente se instalan como parte de las investigaciones del sitio y en
ocasiones, antes de que se tenga información sobre la localización de la superficie de falla;
sin embargo, es muy importante que la punta de los piezómetros se encuentre muy cerca o
en la superficie de falla. Igualmente, es importante que se puedan medir las presiones del
agua subterránea durante largos periodos de tiempo. La instalación ideal es que la bolsa de
arena entre a la zona de cortante en tal forma que la presión en la arena, refleje la presión del
agua en la superficie de falla. El sensor propiamente dicho, debe estar por encima de la
superficie de falla para que no se dañe en el proceso de movimiento. Si el sensor se encuentra
muy profundo, éste, los tubos, o los cables, pueden dañarse o ser destruidos al moverse la
masa activa. Igualmente, si el piezómetro se introduce en la roca o suelo duro, o muy
profundo, las presiones de poros son generalmente menores que las del deslizamiento. Si el
sensor se encuentra muy superficial, las mediciones de presión de aguas pueden ser
incorrectas; incluso, pueden ser mayores que la presión en la superficie de movimiento
Otra decisión importante es definir el tipo de piezómetro, que puede ser de respuesta rápida
como el piezómetro de hilo vibrátil o el neumático, o de respuesta lenta como el de cabeza
abierta
Confiabilidad de los Resultados de las Mediciones Piezométricas
Con frecuencia, los piezómetros no funcionan correctamente y esto se aplica tanto a los
piezómetros de cabeza abierta como a los neumáticos y los de hilo vibrátil. Los principales
problemas son los siguientes:
 Que no se obtenga lectura, o sea que la perforación se encuentre seca sin razón o que
la medida sea cero.
 Que la medida nunca cambie independientemente de las lluvias o la estación
climática.
 Que unas lecturas sean inconsistentes en relación con otras, en un grupo de
piezómetros.
Es importante revisar la posibilidad de que las lecturas no sean confiables y corregir el
problema colocando nuevos piezómetros o eliminando la lectura de los que se encuentren
funcionando en forma incorrecta; no obstante, es común que no sea posible detectar la causa
del mal funcionamiento de los piezómetros.
En los piezómetros neumáticos es muy
importante desairear los ductos para evitar errores en las lecturas.
15
2.3.5. Aplicación de piezometros en el monitoreo geotécnico - Unidad de operación
“Atocongo”
Se ubica políticamente en la zona que lleva el mismo nombre, que pertenece al distrito de
Villa María del Triunfo ubicado en Lima Metropolitana. Esta unidad es el componente
principal de caliza y puzolana, el cual se realiza a un ritmo de producción de 14 000.00
toneladas por día (TMD).
Esta red Piezométrica cuyo número, profundidad, tipo y ubicación fue definida por la
empresa consultora a cargo del estudio hidrogeológico, quienes definieron la ubicación de
los 09 piezómetros de profundidades variables entre 80m y 190m, cada uno, cuya
distribución e influencia de cada punto de monitoreo abarca de forma general todas las áreas
de la zona de cantera y planta industrial de la Planta Atocongo, ubicados a una altitud
promedio entre 150 a 250 msnm. (Geo Master 2015).
Imagen 6. Ubicación de los piezómetros en la zona de estudio (Geo Master 2015).
Imagen 7. Anotación Y comparación de datos obtenidos (Geo Master 2015).
16
Figura 6. Variación del nivel freático respecto al tiempo en el Piezómetro Unidad “Atocongo”.
(Geo Master 2015).
En el grafico se observa que el valor mínimo del nivel de agua subterránea, ocurrió en el
mes julio de 2014, y tiene como máximo nivel alcanzado el periodo comprendido entre
diciembre de 2014 y enero de 2015. El rango de diferencia de valores alcanzados en la
estación de monitoreo de nivel de agua es 1.40 m.
 Profundidad de piezómetro 01 (m): 153.2;
 Cota de terreno natural (msnm): 233.0.
Figura 7. Variación del nivel freático respecto al tiempo en el Piezómetro Unidad “Atocongo”.
(Geo Master 2015).
Esta estación según el gráfico, nos muestra un aumento del nivel freático en el mes de febrero
de 2014, luego mantiene un descenso entre mayo y junio de 2104. Posteriormente se observa
que partir de junio de 2014, el nivel decrece 6.0m hasta julio de 2015, que es el último valor
registrado.
17
 Profundidad de piezómetro 02 (m): 168.1
 Cota de terreno natural (msnm): 264.0.
Figura 8. Resultados Físico-Químico, Unidad “Atocongo” (Geo Master 2015).
18
Figura 9. Registros de Nivel Freático Unidad “Atocongo” (Geo Master 2015).
19
2.4. MONITOREO MEDIANTE EL USO DE EXTENSÓMETROS
La implementación de un programa de monitoreo para el control de la estabilidad de los
taludes es de suma importancia para el control de la estabilidad de los taludes capaz de ir
midiendo y asimilando desplazamientos pequeños, esto hace posible anticipar una inminente
falla con suficiente precisión. La medición de desplazamientos en superficie puede realizarse
con equipo convencional de medición, teodolitos electrónicos, estación total, y
extensómetros que nos permitirán tener una idea clara y definida del comportamiento del
talud, dada la complejidad del desplazamiento. (Morales, 2000)
Son instrumentos de monitoreo más sencillos y rápidos de controlar (Morales, 2000).
Permiten medir los movimientos horizontales relativos y los cambios de abertura de las
grietas. La función es medir el movimiento comparándolo con una distancia inicial o no
conocida entre dos puntos y se puede realizar de forma manual o automática pero su
precisión debe de ser de 0.2mm y teniendo en cuenta los datos de lluvia diaria, en el caso de
las grietas porque las gotas pueden erosionar los bordes.
2.4.1. Tipos
Morales, 2000; presenta los siguientes tipos de extensómetros:
Extensómetros De Cinta
Es un instrumento relativamente barato y fácil de monitorear, consiste en dos estacas
ancladas a la roca ubicadas perpendicularmente a una grieta, el procedimiento de monitoreo
consiste en emplear un flexómetro de precisión que nos permite controlar la evolución de
una estructura en función del tiempo. El tipo de mediciones obtenida sólo nos permite
observar el desarrollo de las estructuras en un plano horizontal o vertical, para el caso sólo
nos permite controlar el desarrollo de la abertura de una grieta cualquiera.
Extensómetros De Cable
A diferencia de los anteriores este tipo de extensómetros nos permite sobre todo controlar
los movimientos que se producen en los taludes en un plano vertical, por lo tanto, nos permite
monitorear asentamientos. Este instrumento también es relativamente barato y fácil de
controlar, consiste en un trípode del cual pende por medio de una polea un cable acerado
especial para soportar deformaciones en cuyo extremo hay un peso; al otro extremo se coloca
una estaca convenientemente anclada en el terreno en la cual se amarra el cable y
posteriormente haciendo uso de un flexómetro de mano se va controlando la variación o
20
altura del peso mencionado anteriormente. Como en el caso anterior este instrumento solo
nos permite monitorear el desplazamiento que se produce en un plano vertical.
Extensómetro De Registro Continuo
Es muy parecido al extensómetro de cable, la diferencia consiste básicamente en que este
tipo de extensómetro está constituido por un reloj previamente calibrado, una burbuja de
mercurio previamente nivelada, un tambor rotatorio horizontal en el cual se coloca un papel
milimetrado, un brazo móvil en cuyo extremo hay un lápiz que sirve para registrar el
movimiento del talud y finalmente todos estos dispositivos se encuentran conectados a un
poste en cuyo ápice se encuentra instalada una circulina.
El principio de monitoreo consiste en ajustar el reloj a un tiempo adecuado (cada 12 horas
por ejemplo), al mismo tiempo se nivela en la horizontal la burbuja de mercurio, conforme
va corriendo el tiempo si hay movimiento en el talud la burbuja se va inclinando hasta llegar
a un punto crítico, si lo sobrepasa cierra un círculo eléctrico y activa la circulina indicando
que nos encontramos frente a un movimiento crítico y que por lo tanto el personal de
operaciones que se encuentre en el lugar tiene que retirarse conjuntamente con sus equipos,
los resultados de los movimientos son registrados en un papel milimetrado.
Garzón y Torres, 2018, propone la siguiente clasificación:
Detector De Agrietamiento
Sirve para medir la ampliación de las grietas y monitorearlas a través del tiempo, esto
se logra colocando guías (normalmente elementos de madera) a ambos lados y
periódicamente se toman datos de su separación. En ocasiones se coloca una placa de
vidrio la cual si ocurre algún movimiento esta se romperá. Actualmente se puede
emplear un medidor eléctrico el cual hace un seguimiento continuo a través del tiempo.
Medidores De Grilla Graduada
Consiste en dos láminas plásticas traslapados con una grilla la cual va fija a lado y lado
de la fisura, permite determinar la posición de una con respecto a la otra, comparándola
con la posición inicial. Comúnmente usado en estructuras.
Extensómetros De Convergencia
También conocidos como extensómetros de cinta, son usados para medir la distancia entre
dos puntos en lugares cerrados como túneles, galerías y excavaciones.
21
Consta de una cinta de acero perforada cada 5 cm, enrollada a un carrete, asegurado con
ganchos para garantizar la tensión.
Imagen 8. Extensómetro de convergencia.
Extensómetros Mecánicos
El sistema consiste en poner un cable o cinta horizontal, conforme se presenta el movimiento
se puede medir el desplazamiento con respecto a la distancia original. Es un método preciso.
Figura 10. Extensómetro Mecánico.
Extensómetros Eléctricos
Es similar a los extensómetros mecánicos pero la ventaja es que tiene un transductor de una
precisión de 0.0025 y 0.01 mm lo que lo hacen más exactos en la toma de datos. Las
desventajas principales en que estos son más costosos con respecto a los mecánicos y
también pueden ser afectados por la temperatura.
Figura 11. Extensómetro eléctrico.
22
Se anexa el plan de monitoreo implementado por la Minera Barrick.
Extensómetro de Varilla (SISGEO, 2012)
Los extensómetros de varilla se emplean en suelos y rocas para controlar los movimientos
en profundidad de uno o varios puntos de medición que han sido empotrados a distintas cotas
mediante un sondeo. Las varillas de medida, disponibles en fibra de vidrio, acero o invar,
vienen instaladas en el interior de una vaina de nylon con el fin de eliminar el rozamiento
entre terreno y varilla. El extremo inferior de la varilla se ha fijado una barra de anclaje de
acero con adherencia mejorada. En el caso de extensómetros con varilla de fibra de vidrio,
Sisgeo provee el instrumento completamente preensemblado y listo para ser instalado. Las
varillas de acero y de invar se suministran en barras de 2 metros de longitud y se necesita
ensamblarlas en sito. El extensómetro se ancla al terreno empleando dos tubos expresamente
preparados para realizar la inyección en el punto de anclaje.
Imagen 9. Extensómetros de varilla.
Extensómetros de Terraplén (SISGEO, 2012)
Los extensómetros de terraplén se instalan en el interior de presas de tierra o terraplenes con
el fin de medir las deformaciones horizontales El extensómetro de terraplén está compuesto
por una serie de placas de anclaje unidas por medio de varillas de acero al elemento de
medición. Las varillas de acero eran disponibles con longitud de 1,2 o 3 metros para cubrir
cualquier tipo de necesidad de instalación. Para evitar la fricción que se genera entre el
instrumento y el terreno, las varillas y el elemento de medición viene instalado en una vaina
corrugada de PVC. Cada elemento de medición está provisto de un tubo telescópico, en cuyo
interior está colocado un transductor de cuerda vibrante de desplazamientos que permite
medir los movimientos entre las dos placas de anclaje. Los transductores de cuerda vibrante
están disponibles en diferentes rangos hasta los 150mm.
23
Imagen 10. Extensómetros de terraplén.
Extensómetros Fijos (SISGEO, 2012)
El extensómetro fijo se define habitualmente como un dispositivo emplazado en el relleno
de un terraplén o en el interior de un sondeo para el control de asientos o levantamientos
entre dos puntos, sin necesidad de utilizar una sonda portátil. Se puede emplear una placa de
asiento o un anclaje como elemento de fondo de una cadena de varillas de asiento. En el
primer caso las varillas se conectan a una placa enterrada en el nivel de cimentación del
terraplén, mientras que en el segundo el anclaje de referencia se inyecta dentro de un sondeo
en suelo firme. La nivelación óptica del extremo superior de las varillas proporciona un
control preciso. Se pueden emplear transductores eléctricos para automatizar las lecturas en
remoto, incluso para lugares de difícil acceso.
Imagen 11. Extensómetros fijos.
24
2.5. MONITOREO CON PRISMAS
2.5.1. Sistemas de Monitoreo Estación Total.
Las técnicas topográficas han sido utilizadas para el monitoreo de taludes en minas a rajo
abierto para evaluar subsidencias, las mediciones geodésicas generadas en este caso son una
técnica estándar para el monitoreo, aunque existen otros métodos que también son usados
para estos fines específicos. En este caso es importante reconocer que la triangulación con
la precisión de los teodolitos inicialmente fue usada para estos fines, sin embargo, la
introducción de equipos para medir distancias basada en la emisión de rayos electroópticos
infrarrojos y láser (EDM) a principios de los años 1970, condujo al empleo del trilátero como
un sistema importante topográfico para el monitoreo de taludes. La instrumentación usada
en estos casos normalmente envuelve una alta precisión (“un segundo”) en el caso de uso de
teodolitos y Estaciones Totales (Medición Electrónica a Distancia, EDM). Con ambos
sistemas combinados se puede alcanzar una exactitud de milímetros para desplazamientos
en 3D aun en el caso de grandes rajos, esto último obviamente tomando las precauciones
necesarias. Para alcanzar una exactitud máxima, este sistema de control debe ser
cuidadosamente planificado por ingenieros Geomensor experimentado.
2.5.2. Sistemas de control Teodolito Robotizado/Prisma.
Actualmente una estación total, se encuentra diseñada para capturar información desde
prismas con mediciones en ambas posiciones del anteojo el cual emite un rayo láser. Este
último para compensar errores sistemáticos de lecturas, el sistema posee una precisión
angular 0.5” (0.15mgon). Por otro lado, su distanciómetro, ofrece una precisión en las
medidas a distancia de hasta 2mm (+2ppm), con alcances de medición de hasta 3kms bajo
buenas condiciones ambientales.
25
Imagen 12. Estación Total Robotizada Leica TM-50
2.5.3. Principios de Operación.
El sistema está basado en que el diodo láser emite una señal dirigida al centro del prisma, el
cristal refleja la señal devolviéndose en la misma dirección y sentido a la fuente emisora, el
rendimiento del sistema en este caso, queda expuesto a las condiciones del entorno durante
la creación de la señal o durante su trayecto, lo anterior repercute en la cantidad (intensidad)
de luz que llega al prisma. El tiempo que tarda la señal en ir y volver se usa para calcular la
distancia entre la estación total y el prisma. La diferencia entre la lectura actual y la medición
inicial, determinan el desplazamiento que ha experimentado el prisma en el tiempo. El
alcance de las mediciones a distancia depende en gran medida de la energía disponible en la
fuente láser. A través del sensor EDM, el rayo láser emitido se ve sometido también a otros
factores, principalmente la atmósfera. A pesar de ser un sistema adecuado para la emisión
de señales infrarrojas (o visibles), su capacidad de transmisión se reduce debido a la
absorción de polvo, moléculas de aire o gotas de agua, aspectos que traen como consecuencia
la extinción de señales.
26
Figura 12. Principio de Operación Sistema Teodolito Prisma
2.5.4. Sistema Primas Jalón.
Se trata de un sistema pasivo de reflexión el cual está compuesto por un prisma o cristal de
reflexión de ondas magnéticas, emitidas por la estación total. El prisma se fabrica
principalmente de vidrio, este tiene un índice de refracción distinto al del aire, que es el
medio a través del cual se propaga la señal de medición. La velocidad de propagación de una
onda electromagnética desciende al entrar en un objeto de vidrio y por lo tanto la distancia
medida real aumenta. En imagen 14, se muestra la instalación de este sistema mencionado,
indicando distancias reales utilizadas hoy en día en la minería a cielo abierto.
Figura 13. Diagrama de instalación del Sistema Prisma Jalón.
27
En el caso de Botaderos OBL o Botaderos de Ripio la situación es similar, con la diferencia
que el sistema Jalón Prisma no se encuentra expuesto, a posibles derrames de bancos
superiores. El Jalón con su respectivo prisma se instalará en la visera del Botadero, su
desplazamiento con llevará un probable aumento de velocidad de desplazamiento, lo que
puede significar en la práctica la apertura o aumento de la amplitud de un sistema de Grietas
de Tracción
Descripción Sistema Estación Total.
Puntos de control: La estación total utiliza puntos de control ubicados en la periferia del
rajo con el fin de validar su coordenada base, si ésta detecta un cambio en sus coordenadas
realiza un auto ajuste inmediatamente. Esta operación elimina errores en los prismas de
monitoreo, debido a movimientos externos sufridos por la estación. Su valor comercial es
similar al de los prismas
Software de monitoreo: Normalmente se utiliza el software GEOMOS creado por la
empresa Leica Geosystems el cual trabaja en diferentes plataformas Windows. En este caso
puede existir un computador con este software instalado en cada caseta de monitoreo o tener
éste computador en una oficina central. Este software está constituido por dos módulos que
interactúan constantemente con la base de datos SQL nativa del sistema.
Modulo Monitor: Es el responsable de capturar automáticamente los datos en terreno. En
éste primer módulo del software se seleccionan los parámetros referidos a censores, creación
y agrupación de prismas. Como así también, la sincronización y programación del régimen
de medición.
Figura 14. Módulo Geomos Monitor
28
El software tiene la capacidad de conectar y administrar varias estaciones totales a la vez,
mediante el puerto de comunicación serial RS-232.
Módulo Analyzer: Provee las herramientas graficas necesarias para la exploración de los
datos medidos y análisis de información.
Figura 15. Módulo Analyzer Software Geomos
El software Geomos internamente de acuerdo a la configuración deseada, ordena al
teodolito, inicia el proceso de medición llevando a cabo el barrido instrumental sobre la
superficie del talud. A medida que avanza registra la lectura topográfica (coordenadas,
ángulo vertical-horizontal y distancia inclinada) de cada prisma hasta completar el ciclo de
medición. Cada lectura es transportada al instante por la red de datos interna y almacenada
en la base de datos local (SQL) residente en el computador.
Base de datos histórica: La primera instancia de análisis de datos, se logra en el módulo
Analyser de Geomos. Sin embargo, en los casos de requerir análisis históricos es aconsejable
contar con otra base de datos. La transferencia de datos nativos desde las casetas de
monitoreo o dentro de la misma oficina central hacia la base de datos histórica, se logrará
creando y ejecutando una aplicación computacional automática donde cada cierto tiempo
(términos de ciclo) se almacene la información en la nueva base de datos (Ej: Oracle). Esta
29
base de datos histórica permitirá realizar análisis en periodos más extensibles que los que
puede disponer la base de datos SQL.
2.5.5. Variables que Interfieren con el Sistema de Medición.
Se debe indicar que la estación total robotizada es un sistema de medición óptico que
incorpora tecnología láser de largo alcance, Clase 1, de uso civil. El potencial de medición
del láser puede verse disminuido o anulado, cuando algún elemento se interpone en la línea
de vista o medición, formada por el teodolito y el prisma. Las variables que interfieren con
el sistema de medición se clasifican en las siguientes:
Variables Controlables
 Integridad del Prisma: El prisma es la fuente de medición más confiable para
observar el comportamiento inestable en Botaderos OBL y Botaderos de Ripio. Por
lo tanto, requiere constantemente soporte asistencial en terreno para corregir
problemas que impidan lograr su medición. Las causas básicas de este problema
técnico pueden ser originadas por los siguientes factores:
 Desalineamiento: Es la pérdida parcial o total de la línea de vista o de medición por
movimientos y/o asentamientos provocados por la misma inestabilidad del talud.
 Suciedad: Por pérdida de la propiedad de reflectividad del prisma por acumulación
de polvo o deterioro de la superficie cristalina.
 Perdida: Acción provocada por derrames, avance de la explotación o hurto del
prisma.
 Aislamiento: Por el cierre de accesos a sectores peligrosos que impiden asistir la
recuperación del prisma.
 Falta de Suministros: Los servicios básicos en terreno corresponden a la energía
eléctrica y red de comunicación de datos. La primera proporciona la energía eléctrica
necesaria para el funcionamiento integral de los componentes eléctricos dispuestos
en cada estación. Mientras que la segunda, suministra la red de datos necesaria para
el transporte de los datos medidos. Ambos recursos son indispensables para el
funcionamiento integral del sistema de medición en terreno. Cortes en los
suministros es otra variable que interfiere en la continuidad operacional del sistema
de medición.
30
 Factor Humano: Las personas son las que gestionan el funcionamiento integral del
sistema de monitoreo geotécnico. Minimizar los errores es el desafío permanente del
área de auscultación.
 Mantención de Base de Datos del Sistema Geomos: La adquisición automática de
datos con seguimiento de prismas es confiable, en la medida que se gestiona la
sinergia operacional del sistema en terreno. La preocupación permanente es mantener
la confianza operacional del sistema. Por consiguiente, es importante mantener una
condición óptima operativa, la que debe ser: Prismas Instalados = Prismas Medidos:
Es la condición ideal esperada, esto muestra un adecuado control y mantenimiento
del sistema. Aquí el software de medición, mide la misma cantidad de prismas que
los existentes en terreno.
Variables Incontrolables.
 Polución Ambiental: Es la emisión de material particulado en suspensión
proveniente de los frentes de extracción de mineral, aportes generados por los
eventos de tronadura y tránsito vehicular de camiones de extracción al interior del
rajo. Es importante incluir los eventos de tronadura que se desarrollaran durante el
día. Dispersar y evacuar la contaminación ambiental, depende principalmente de la
ventilación natural producida por los vientos reinantes en cada zona y las
temperaturas, además de la capacidad de la operación minera por mantener húmedo
los sectores de tránsito de vehículos (rampas de acceso).
2.5.6. Ventajas y Desventajas del Sistema Estación Total.
Ventajas Sistema Estación Total versus Jalón Prisma:
 Precisión milimétrica.
 Flexibilidad operacional.
 Alta productividad (TM-30 / TM-50).
 Completamente automatizado.
 Simplicidad en su Uso e Instalación.
 Mediciones de control sincronizadas y continuas de alta precisión.
 Seguimiento automático del prisma.
31
Desventajas Sistema Estación Total versus Jalón Prisma:
 Fuertemente afectada por la polución ambiental y refracción.
 Dedicación permanente.
 Mientras más prismas asociados a sectores de interés a una estación, el tiempo de
ciclo aumenta.
 Perdida de prismas en terreno.
 Instalación de prismas limitado por sus accesos.
Actualmente esta plataforma en el caso de la División Radomiro Tomic, se encuentra
constituida con 6 estaciones de monitoreo dividida en dos equipos de control, cado uno
asociado a 3 estaciones totales las cuales monitorean un total de 1.500 primas dispuestos en
el rajo y botaderos, con ciclos de medición Para Grupos normal de medición de una hora y
para grupos críticos un ciclo cada dos horas, obteniéndose aproximadamente un total de 9
mediciones días, la diferencia a lo esperado de doce mediciones, se genera dado que por
cambios atmosférico este sistema de medición se ve fuertemente afectado, lo que se puede
traducir en ausencias de medición por un periodo promedio de cinco horas.
2.5.7. Análisis Data Prismas:
El analista o ingeniero geotécnico en primera instancia, realiza el monitoreo a través del
software Geomos donde se evidencian los primeros síntomas de un desplazamiento, luego
mediante el uso de una macro en Excel conectada a la base de datos histórica (Oracle), se
procesan los datos medidos generándose reportes con cálculo de velocidades y gráficos de
los prismas (desplazamiento acumulado, velocidad acumulada y velocidad inversa).
Además, con esta misma información se obtienen vectores y planos de isocurvas de
velocidades de desplazamiento, apoyado con el software Surfer y Autocad.
32
Figura 16. Cálculo de Velocidades, Gráficos y Velocidad Inversa.
Figura 17. Vectores y Planos de Isocurvas de Velocidades de desplazamiento
Es de vital importancia en este caso correlacionar siempre las mediciones por muy anómalas
que estas sean, con antecedentes geotécnicos que se recopilan en terreno. Si se confirman
cambios de tendencias y aumento progresivo en las tasas de desplazamientos,
inmediatamente se puede aumentar el régimen de medición con una mayor densidad y
cantidad de prismas, para seguir y comprender la evolución de los desplazamientos que
experimenta un macizo rocoso o zona de ubicación de un Botadero OBL o Ripio para
clasificarla como una zona inestable, esta indicación podría afectar el normal monitoreo para
33
otras zonas de interés, por lo que se propone en este caso la utilización de otra tecnología de
monitoreo, como lo es el sistema de uso de radares.
Figura 18. Ubicación geográfica de la mina Yanacocha.
Figura 19. Componentes de geomos.
34
Figura 20. Representaciones del desplazamiento de prismas.
Figura 21. Monitoreo con prismas en Yanacocha
35
2.6. ESTACIÓN ROBOTICA
En pocas palabras, es un equipo que tiene una funcionalidad de buscar por su cuenta el
objetivo, haciendo un barrido hasta que lo encuentra. estas funcionan con una colectora
manual que opera la estación desde el lugar donde se encuentra el prisma.
El monitoreo con Escáner laser Terrestre o TLS, es otros de los equipos tecnológicos muy
avanzados que permiten obtener datos con mucha precisión, Esta técnica presenta “múltiples
aplicaciones en diversos campos de la ciencia y la tecnología”; desde el procesamiento de la
materia, conservación del patrimonio cultural, hasta la industria del entretenimiento;
pasando, obviamente, por la generación de modelos digitales del terreno (Delacourt et al.
2007). En este campo, la técnica de láser escáner se ha empleado en diversos trabajos como
análisis de evolución geomorfológica de escarpes (Abellán et al. 2010) y estudios de
desplazamientos en movimientos de ladera (Teza et al. 2008).
Figura 22. Proceso del control de monitoreo con Estación total robótica
La Estación Total Robótica monitorea prismas (puntos) de forma continua instaladas en los
taludes del tajo, a una distancia máxima de 2.4km, con una transferencia de información en
tiempo real hacia el sistema GEOMOS (oficina). El sistema GEOMOS es seteado para
enviar las alertas vía e-mail al personal de Geotecnia y de Operaciones.
De donde se tiene que: - Movimientos descienden 1mm/día - Punto de decisión: reinicio de
Minado - Zona 2, preocupación por minado del toe (sílice) Es una técnica ideal para taludes
y pendientes elevadas, aunque puede ser utilizada para superficies de menor pendiente, aún
a costa de realizar un mayor número de escaneos (Palenzuela et al. 2011).
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De donde se tiene que: - Movimientos descienden 1mm/día - Punto de decisión: reinicio de
Minado - Zona 2, preocupación por minado del toe (sílice) Es una técnica ideal para taludes
y pendientes elevadas, aunque puede ser utilizada para superficies de menor pendiente, aún
a costa de realizar un mayor número de escaneos (Palenzuela et al. 2011).
Cada marca ya tiene diferentes instrumentos que hacen esto, las mejores que hay en el
mercado son las focus. sokkia no sé si ya tiene con reflectancia, pero sí topcom, ambas partes
de ashtech.
2.6.1. Cuando no utilizarla
En levantamientos convencionales, como es el caso de catastro, poca utilidad le veo, al
menos por estas dos razones.
 Puede ser algo lento. lo que sucede, es que, si el operador de la estación deja el
equipo nivelado, se lleva la colectora manual y se va con el prisma a esperar que el
equipo lo encuentre, se llevará algunas sorpresas. una de ellas, es que el aparato,
hace un barrido en el sentido de las manecillas del reloj, hasta que encuentra el
prisma, y si este se está moviendo en sentido opuesto, para cada punto dará un barrido
de casi vuelta completa. Quizá, como se dice, si estos equipos tuvieran un sensor que
trabajara con mucha frecuencia, que hiciera barridos rápidos de 4 cuadrantes, para
que ubicara el prisma y luego solo hiciera el barrido en ese cuadrante. esto ahorraría
mucho tiempo.
 No es seguro. este criterio fue tomado en parte, pensando en países donde la mano
de obra es cara y es posible ahorrarse los cadeneros. de esta forma, el topógrafo se
convierte en el operador de la estación y también el que anda el prisma, también el
que carga el trípode, en su propio guardaespaldas, en fin, en el todo. pero ese criterio
no aplica en países hispanohablantes que el costo de pagar un cadenero es
relativamente bajo y donde por el contrario de países desarrollados, el robo de
estaciones totales sucede así tengas un vigilante armado al lado.
2.6.2. Cuándo utilizarla
El uso que sí se le ve práctico es con reflectancia. Esto es esa funcionalidad que traen unas
estaciones modernas, que hacen un barrido de toda una zona, así como radar, y luego esto se
procesa como una malla tridimensional.
37
El caso sería, por ejemplo, de una obra donde se está haciendo movimiento masivo de tierra,
cortes, rellenos; con un barrido a las 6 de la mañana se tendría el estado inicial, colocándose
sobre el mismo punto, a las 5 de la tarde, en 5 minutos se tendría el cálculo del volumen
producido.
2.6.3. Estaciones totales robotizadas
Sabemos que una estación total es básicamente un instrumento electrónico que permite
medir distancias y ángulos. también sabemos que una estación total manual requiere que el
usuario busque y ajuste el prisma, diana u objetivo de forma manual mediante los tornillos de
ajuste horizontal y vertical. una estación total robótica por su parte, cuenta con un motor que
permite, de forma más rápida y precisa la búsqueda y localización del prisma.
Las estaciones totales robotizadas de leica geosystems no se limitan solo a la simple
localización del prisma si no que va más allá e incorpora importantes ventajas a sus
estaciones totales robóticas.
2.6.4. Adquisición automática del prisma
Como se explica en el vídeo, la adquisición automática del prisma implica que el instrumento
consigue localizar el prisma sin necesidad de ajustar con los tornillos en el eje vertical y
horizontal. En pocas palabras, son equipos que ganan en funcionalidad, buscan por su cuenta
el objetivo, haciendo un barrido hasta que lo encuentran, funcionan con una colectora manual
que opera la estación desde el lugar donde se encuentra el prisma, puidiendo utilizarla una
sola persona, sin necesidad de otras personas.
 ahorro de personal (solo necesita 1 persona)
 aumento de la fiabilidad.
 aumento de la productividad
 inversión segura
Es en esencia una estación total con un motor servoasistido que permite a través de una
cámara de detección hacer el seguimiento y puntería al prisma de forma automática.
la estación robotizada se controla a través de una libreta o colector de datos asociado a la
estación vía radio o bluetooth, lo que permite que un solo operario pueda trabajar en la toma
o replanteo de puntos.
 Alquile una estación total robotizada
 calibre una estación total
38
2.7. DATALOGGER
Un registrador de datos (datalogger) es un dispositivo electrónico que registra datos en el
tiempo o en relación a la ubicación por medio de instrumentos y sensores propios o
conectados externamente. Casi todos están basados en microcontroladores. Por lo general
son pequeños, con pilas, portátiles, y equipados con un microprocesador, memoria interna
para almacenamiento de datos y sensores. Algunos registradores de datos se comunican con
un ordenador personal y utilizan software específico para activar el registrador de datos, ver
y analizar los datos recogidos, mientras que otros tienen un dispositivo de interfaz local
(teclado, pantalla LCD) y puede ser utilizado como un dispositivo independiente.
Figura 23. Datalogger Gl 240
Los registradores de datos varían entre los de propósito general para una amplia gama de
aplicaciones a los dispositivos de medición muy específicos para medir en un medio
ambiente o aplicación particular. Es común que los tipos de propósito general sean
programables sin embargo muchos siguen como máquinas estáticas con un número limitado
de parámetros variables. Registradores de datos electrónicos han reemplazado a los
registradores de carta en muchas aplicaciones.
Uno de los principales beneficios del uso de registradores de datos es la capacidad para
recopilar automáticamente datos las 24 horas del día. Tras la activación, los registradores de
datos normalmente se dejan sin vigilancia para medir y registrar la información durante toda
la duración del período de seguimiento. Esto permite una visión global y precisa de las
condiciones ambientales objeto de seguimiento, tales como la temperatura del aire y la
humedad relativa.
39
2.7.1. Usos de los datalogger
Los datalogger tienen diferentes usos que a continuación se muestra
Monitoreo con inclinómetros utilizando un Datalogger
La idea principal al realizar la instrumentación es, a través de ella, vigilar las condiciones de
estabilidad de un terreno para advertir algún tipo de falla. Pero muchos de los movimientos
que preceden el colapso de un terreno son imperceptibles, por lo menos superficialmente.
Un inclinómetro nos permite determinar deformaciones por debajo de la superficie,
movimientos casi imperceptibles. Para tal efecto se requiere de un pozo, el cual cuente con
una tubería rígida que será la que refleje las deformaciones del terreno que lo rodea. Los
tubos son de 2 pulgadas de diámetro. La medición de las deformaciones se realiza utilizando
un colector de data para inclinómetros, este consta de un torpedo conectado a un cable
eléctrico que en uno de sus extremos tiene un sensor que es deslizado a lo largo de la tubería
del pozo. Las mediciones se hacen cada medio metro y en dos ejes perpendiculares, al pasar
por zonas deformadas, el sensor sufrirá cierta inclinación con respecto a la vertical, el ángulo
formado es traducido a pulsos eléctricos los cuales son registrados en el colector de datos
(Data Logger).
40
Figura 24. Esquema representativo de la transferencia de de datos de un Dalogger hacia un
computador
2.7. 2. MODELOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Para el estudio de la estabilidad de un talud se hace uso de un factor de seguridad (FS), el
cual se obtiene de un análisis matemático de estabilidad. Este debe tener en cuenta factores
como la geometría del talud, parámetros geológicos, cargas sísmicas, flujo de agua,
propiedades gravimétricas de los suelos entre otras. Aunque es una herramienta muy veraz
para el Ingeniero no todos los factores que afectan la estabilidad de un talud se pueden
cuantificar, tales como la acción antropogenica, para incluirlos en un modelo matemático.
Por lo tanto, hay situaciones y debilidades en los modelos que no permiten la obtención de
resultados satisfactorios. (Suarez Diaz, Control de erosión en zonas tropicales, 2001)
Instrumentación y monitoreo
La instrumentación tiene por objeto monitorear en el tiempo, el comportamiento de un talud
o un deslizamiento. La utilidad de la instrumentación de campo, radica en la posibilidad de
obtener información del comportamiento del talud (con el tiempo) y medir algunos
parámetros geotécnicos que controlan el mecanismo de falla. (Suarez Diaz, Analisis
Geotecnico, 2009) (Das, 1985)
41
Figura 25. Estudio y monitoreo de deslizamientos.
2.7.3. Análisis de estabilidad de taludes mediante la modelación de software
Slide ®v.5
Slide es un software producido por Rocscience utilizado para el análisis de estabilidad de
taludes en 2D. Utiliza métodos de equilibro límite para el cálculo de la estabilidad.
Su ámbito de aplicación en minería y obra civil es muy variado, permitiendo evaluar un gran
número de problemáticas geotécnicas, tales como estabilidad de terraplenes, presas, taludes
en excavaciones mineras o en edificaciones, efectos de cargas externas, sísmicas, eficiencia
de elementos de refuerzo, etc.
En la versión Slide 6.0 cuenta con el análisis de estabilidad de pendientes, análisis de aguas
subterráneas para flujo o condiciones transitorias. Los flujos, presiones y gradientes son
calculados con valores definidos por el usuario, considerando también las condiciones de
contorno hidráulico. El análisis de infiltración está totalmente integrado con el de estabilidad
de taludes o puede ser utilizado como un módulo independiente.
Para realizar la modelación en el software SLIDE ®V.5, es necesario crear un archivo por
cada perfil ya trazado, teniendo en cuenta los datos obtenidos mediante la caracterización
del modelo Geológico-Geotécnico; por cada perfil se crean dos archivos, el primero debe
contener el borde externo de todo el perfil a analizar, y el segundo los bordes internos de la
estratigrafía encontrada, ambos archivos se encontraran en las mismas coordenadas x, y, z;
42
luego éstos se guardaron en formato (.dxf ) ya que el software sólo permite importar archivos
en dicho formato
Slide es un software producido por Rocscience utilizado para el análisis de estabilidad de
taludes en 2D. Utiliza métodos de equilibro límite para el cálculo de la estabilidad.
Su ámbito de aplicación en minería y obra civil es muy variado, permitiendo evaluar un gran
número de problemáticas geotécnicas, tales como estabilidad de terraplenes, presas, taludes
en excavaciones mineras o en edificaciones, efectos de cargas externas, sísmicas, eficiencia
de elementos de refuerzo, etc.
En la versión Slide 6.0 cuenta con el análisis de estabilidad de pendientes, análisis de aguas
subterráneas para flujo o condiciones transitorias. Los flujos, presiones y gradientes son
calculados con valores definidos por el usuario, considerando también las condiciones de
contorno hidráulico. El análisis de infiltración está totalmente integrado con el de estabilidad
de taludes o puede ser utilizado como un módulo independiente.
GEO5
Este programa se utiliza para el análisis de estabilidad de taludes (terraplenes, cortes de
tierra, estructuras de contención ancladas, muros de suelo reforzado, etc.). La superficie de
deslizamiento se considera circular (métodos Bishop, Fellenius / Peterson, Janbu,
Morgenstern-Price o Spencer) o poligonal (Métodos Sarma, Janbu, Morgenstern-Price o
Spencer).
Figura 26. Análisis de estabilidad de taludes de una presa.
43
Figura 27. Análisis de estabilidad de taludes de una presa.
Figura 28. Análisis de estabilidad de taludes de una presa.
Características principales
 La verificación se puede realizar utilizando el método EN 1997-1 o el método
clásico de análisis de estabilidad (Estados Límites, Factor de Seguridad)
 Entrada simple del terreno y de la geometría de las capas
44
 Incluye una base de datos incorporada con suelos y rocas
 Optimización rápida y fiable de superficies de deslizamiento circulares y poligonales
 Presencia de agua modelada por el nivel freático o empleando isolíneas de presión
de poros
 Análisis reducción rápida, grietas de tracción
 Manejo sucesivo de taludes dentro de una fase de análisis
 Modelado simple de cuerpos rígidos
 Efecto sísmico (Mononobe-Okabe, Arrango, Estándares Chinos)
 Métodos de análisis (Bishop, Fellenius/Petterson, Spencer, Morgenstern-Price,
Sarma, Janbu, Shahunyanc, ITFM (Estándares Chinos)
 Manejo de estratificación de terrenos
 Se admite cualquier cantidad de anclajes, geo-refuerzos
 Análisis en parámetros efectivos y totales de suelos
 Permite cualquier cantidad de análisis dentro de una etapa de construcción
 Permite definir las restricciones en la optimización de la superficie de deslizamiento
 Se admite cualquier cantidad de sobrecargas (franja, trapezoidal, concentrada)
 Rápido análisis de reducción
 Análisis según la teoría de Estados Límite y Factor de Seguridad
 DXF importación y exportación
SLOPE / W
SLOPE / W está formulado en términos del factor de equilibrio de fuerza y momento de las
ecuaciones de seguridad, y admite una lista completa de métodos de equilibrio límite que
incluye Morgenstern-Price, Spencer, Bishop, Janbu y el método Ordinario. El método de
Morgenstern-Price, por ejemplo, satisface tanto la fuerza como el equilibrio de
momento. Esta formulación general facilita calcular el factor de seguridad para una variedad
de métodos y comprender fácilmente las relaciones y diferencias entre todos los métodos.
SLOPE / W también puede realizar análisis de estabilidad dinámica y dinámica basada en el
estrés de elementos finitos. Utiliza las tensiones computadas de elementos finitos de SIGMA
/ W o QUAKE / W para calcular un factor de estabilidad al calcular tanto la resistencia total
al corte como la tensión al movimiento movilizado a lo largo de toda la superficie de
deslizamiento. Luego, SLOPE / W calcula un factor de estabilidad local para cada sector.
45
SITEMONITOR4D
Es tecnológicamente una herramienta ultra-avanzada, que posee una interfaz “consolidada
solución de monitoreo, la cual le da al usuario la capacidad de explotar el potencial del
escaneo láser para medir cambios”.
"SiteMonitor4D nos la da oportunidad de capturar una gran cantidad de datos con una
intervención humana mínima. Esto nos da tiempo para centrarnos en la información
detallada de un ambiente de producción, dinámico y de movimientos rápidos" Frans Benade,
S/f. Características princípiales: Flexible. - Utilizado para el monitoreo de pequeños y
grandes tajos mineros y cálculos de volumen. - Sistema autónomo portátil que se puede
mover en áreas de acceso limitado. - Alcance de hasta 6000m. Alta Resolución - Mide una
cuadrícula de 140mm sobre un talud cada 30 minutos (a 1000m de distancia) - Rápida y
completa cobertura a superficies visibles Exacto - Datos georreferenciados con exactitud
mejor que 10mm - Espaciado de puntos de 140mm a 1000m de distancia. - Corrección
atmosférica automática
46
2.8. MONITOREO GEOTÉCNICO CON RADAR
El Radar de Estabilidad de Taludes es un equipo de monitoreo en tiempo real que
proporciona una precisión sub-milimétrica, la característica esencial requerida para controlar
el tipo de roca frágil. Esta avanzada tecnología para la instrumentación y monitoreo de
taludes es requerido para monitorear las zonas críticas que existen en una mina que podría
colapsar repentinamente, causando lesiones personales, daños al equipo y / o pérdidas en la
producción. El Radar tiene alta precisión en el rango de 0,1 mm a 0,2 mm.
2.8.1. Estrategias de monitoreo
Existen tres tipos de analizar la inestabilidad de taludes en mina utilizando radares: sistemas
de monitoreo dedicados, enfocados en peligros conocidos; escaneos de áreas más amplias,
para la detección de nuevos riesgos y tendencias y escaneos de largo alcance, longitudes
hasta 4.5 km.
Imagen 13. Monitoreo de área amplia, Monitoreo exclusivo y Monitoreo de largo alcance.
47
2.8.1. Tipos de radares
Radar de estabilidad de taludes de área amplia (SSR – FX).
El sistema SSR-FX escanea 180 grados la mina cada dos minutos, con más píxeles por
escaneo que ningún otro radar, lo que le da una cobertura inigualable. La antena de bajo
perfil permite operar en situaciones de vientos fuertes.
Imagen 14. Radar de escaneo de área amplia – SSR- XF.
Características
 Monitorea un yacimiento amplio, de 5.6km, en un instante gracias a sus capacidades
de escaneo de áreas de 180°.
 Genera finos ángulos azimut y pixeles de rango pequeños, entregando mediciones de
radar de apertura real.
 Una magnifica resolución de pixeles de 1.4 millones de pixeles en cada escaneo
 Escaneo de alta velocidad con un tiempo de escaneo de un lado a otro de menos de
dos minutos.
 Datos totalmente procesados disponibles para análisis inmediatamente después de
cada escaneo.
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Radar de estabilidad de taludes de área específica (SSR- XT).
Para las áreas de alto riesgo conocidas, se necesita una estrategia de monitoreo dirigida. SSRXT hace esto mejor generando un pequeño punto en la pared que se gira de izquierda a
derecha y arriba y abajo, como un foco, para cubrir completamente el área de alto riesgo.
Imagen 15. Radar de escaneo de área específica – SSR- XT.
Características
 El sistema más reconocido y probado de la industria.
 El procesamiento integrado garantiza que no haya demoras ni retrasos en la
transferencia de datos, asegurando tiempos de respuestas cortos.
 Todos los datos procesados están inmediatamente disponibles para ser vistos y
configurados para las alarmas después de cada escaneo, lo cual es crucial para un
monitoreo de seguridad critica
 Fotografías en tiempo real corregistradas con los datos del radar, con la deformación
del mapa de calor superpuesto sobre la imagen de alta resolución.
49
Radar de estabilidad de taludes de largo alcance (SSR- SARx).
Para instalaciones mineras de gran tamaño, en donde las tecnologías tradicionales de radar
simplemente no alcanzan a escanear paredes a 4.5km, se requiere una solución de largo
alcance.
El SSR-SARx escanea a largo alcance con la resolución más alta, con el objetivo de detectar
movimientos pequeños que ocurren a lo largo de muchos meses.
Imagen 16. Radar de escaneo de largo alcance (Alta resolución) – SSR- SARx.
Características
 Impresionante resolución de apertura con pixeles de 0.083 grados por 75 centímetros.
 Detecta movimiento con un 50% más de resolución comparado con los sistemas SAR
de la competencia.
 Incluso a 4.5 km de distancia, mantiene las más altas cualidades de resolución con
un tamaño de píxel de menos de la altura de una plataforma.
 Tiempo de adquisición de 40 segundos y resultados de procesamiento integrados en
un tiempo de exploración de dos minutos de un lado al otro
 Algoritmos de procesamiento inteligente que reducen el tamaño de los archivos de
datos SAR en un 96.5%.
Radar de estabilidad de taludes de cobertura total (SSR- Omni).
Diseñado para detectar áreas de riesgo de movimiento en un escaneo ultrarrápido e integral,
el SSR-Omni cubre las áreas más amplias con la máxima resolución. Completando un
50
escaneo de 360° cada 40 segundos, todos los nuevos riesgos y puntos de deformación son
detectados rápidamente para así poder actuar sobre ellos de inmediato.
Imagen 17. Radar de escaneo de cobertura total (Alta resolución) – SSR- Omni.
Característica
 Alcance de hasta 5,6km con una cobertura de 11,2km en la mina.
 Provee mediciones de apertura real únicas que son menos susceptibles a
contaminación.
 Equipado con los modos de definición más nítidos, con píxeles seleccionables entre
0,08, 0,24 y 0,33 grados, con una precisión de 0,1mm cada uno.
 Barre 360° en sólo 40 segundos para adquirir los datos crudos y el procesamiento de
datos ocurre en el radar en tiempo real.
 Su sistema de imágenes a bordo cuenta con 40 megapíxeles de resolución y captura
una vista panorámica total de 180°.
 Los usuarios pueden realizar inspecciones remotas en tiempo real de 180 grados a la
vez.
51
2.8.2. Implementación del radar de estabilidad de taludes en mina las lagunas norte.
El área donde el equipo se va a implementar es la pared oeste de Alexa. Esta área ha tenido
eventos de caída de rocas y sería un área de la mina de alto riesgo para equipos y el personal
sin el uso de radar para el monitoreo.
La compra y el uso del radar permitirán a la mina Lagunas el uso de la mejor tecnología
disponible en el momento para este tipo de masas de roca y estar en pleno cumplimiento de
los requisitos geotécnicos de seguridad de Barrick y reducir considerablemente el potencial
de amenaza para el personal de la mina y el equipo.
Propósito del radar de estabilidad de taludes.
El propósito del Radar es escanear, monitorear, constantemente una pared de un tajo o parte
de ella, con el objetivo de detectar movimientos de la roca o deslizamientos de taludes.
Características del Radar de Estabilidad de Taludes
 Alta precisión en la medición de deformación (~0.2 mm)
 Área de cobertura amplia (~1000’s puntos/barrido)
 Operación continua y autónoma (24 horas. del día)
 Rango máximo 1700 m.
 Opera en todas las condiciones climáticas (incluyendo polvo y niebla)
 Fácil de mover de un lugar a otro.
 Operación remota vía Wi-Fi hacia redes de trabajo.
 Cámara de alta resolución integrada a la antena parabólica.
Riesgo asociado al uso del Radar de Estabilidad de Taludes
El haz de microondas que es emitido por la antena del Radar es un haz de potencia muy baja,
la energía de este haz es 10 veces menor que la energía emitida por un teléfono celular.
Beneficios que se obtienen al utilizar el Sistema del Radar de Estabilidad de Taludes:
 Puede detectar movimientos en escala sub-milimétrica.
 El Radar puede detectar movimientos a través de toda el área escaneada.
52
 El sistema del Radar puede setearse para que una alarma sonora se active si el
movimiento excede un umbral previamente fijado.
 El Radar está diseñado para detectar pequeños movimientos que ocurren antes de la
falla del talud, por lo tanto, es una herramienta segura y a tiempo para la evacuación
del área bajo el talud.
Partes del Radar de Estabilidad de Taludes
 La antena (1) se mueve durante la exploración de una pared tanto en el eje horizontal,
azimut, en un ángulo máximo de 270°C y en el eje vertical, elevación, en un ángulo
máximo de 120°C.
 Posee una cámara (2) integrada a la antena, de alta resolución.
 Posee una estación meteorológica (3) que mide datos, tales como velocidad del
viento, presión atmosférica, temperatura del aire, etc.
 Cuenta con un sistema autónomo de generación de energía (4) para el trabajo del
Radar.
 Sistema de tres extensiones metálicas (5) que permiten aislar la estructura del Radar
de los movimientos del trailer.
 Además, al Radar se le instalo un módem y antena de comunicación de banda ancha
para traspaso de data directa y prácticamente en tiempo real hacia al Computador
Principal de Monitoreo (PMP).
53
Imagen 18. Radar de Estabilidad de Taludes y sus partes
Método de monitoreo del Radar de Estabilidad de Taludes
El Radar emite un haz de microondas que lo habilita para crear instantáneas de la Pared y
luego calcular la deformación de esta misma.
El Radar continuamente escanea la sección de la Pared seleccionada y compara la distancia
medida por el actual barrido con la del barrido inicial. Si la distancia cambia el software del
Radar automáticamente detecta este cambio, el cual puede ser producto de movimiento del
talud.
Imagen 19. Funcionamiento del Radar.
54
Imagen 20. Dirección de barrido que realiza el Radar.
Imagen 21. Resultado final del barrido total de la zona de interés.
El Radar mide el desplazamiento de una superficie no la distancia. En la actual zona de
monitoreo el radar se encuentra a 800 m de la pared de Alexa.
Imagen 22. Desplazamiento de la pared debido al movimiento.
55
Onda Sinusoidal
Figura 29. Onda Sinusoidal
Cambio en la Fase
Figura 30. Cambio de fase de una onda sinusoidal.
Concepto: Todos los cambios de fase son debido al desplazamiento de la superficie.
Figura 31. Método de monitoreo del Radar.
56
2.8.3. Funcionamiento del Radar de Estabilidad de Taludes
Programa SSRControl
SSRControl es el software que controla el sistema del Radar, recolección y procesamiento
de data a través de la caja electrónica del Radar.
 Recolección de imágenes desde la cámara.
 Recolección de data atmosférica desde la estación meteorológica.
 Monitoreo del estado del computador y del voltaje de la batería.
 Permite pruebas de rutina al Radar.
La data del Radar es recolectada a través de la antena y la recolección de datos atmosféricos
desde la estación meteorológica. Todos estos datos están contenidos dentro de los archivos
de registro log files. Los archivos “log files” son creados para almacenar información
relativa a la operación del sistema y registran cada hora los diferentes eventos ocurridos
durante el funcionamiento del sistema, el análisis de éstos puede ayudar en el diagnóstico de
fallas. Los archivos “log files” son almacenados en la carpeta C:/SSR/logfiles, y pueden ser
analizados en cualquier momento.
Iniciando una nueva pared con “Wall Starter Wizard”
El Radar toma una serie de fotografías y crea una imagen de área amplia a través de la cámara
integrada a su antena.
Área de Escaneo. Es el área que será escaneada por el Radar en busca de movimiento, ésta
área será parte del área de imagen amplia.
El área de referencia estable. Tiene como propósito corregir el movimiento causado por
los cambios atmosféricos y algún leve movimiento en el Radar. Debe ser el área más estable
dentro del área de escaneo.
Al momento de crear una nueva pared se debe considerar lo siguiente:
 Todo aquello que no esté dentro del área de escaneo será ignorado por el Radar, por
consiguiente, el movimiento en esa área no será visible
 Áreas de escaneo demasiado grandes resultan en pobres correcciones atmosféricas,
entonces la data será también pobre.
57
 El área de escaneo debe setearse lo más pequeña posible esta razón se explica porque
a mayor área de escaneo mayor tiempo en completar el escaneo. El área de escaneo
se crea a través de una figura rectangular.
Condiciones Atmosféricas
 Humedad
 Precipitación
 Temperatura
 Presión del Aire
 Viento
La precipitación da lugar a importantes efectos, particularmente cambios en las
características de la pared por ejemplo en la forma, material en movimiento, reflectividad,
amplitud, depresión.
La técnica de medición del Radar es medir cambios de fase entre sucesivas transmisiones.
Recordar que los cambios en la fase de la onda indican movimiento. Los cambios en las
condiciones atmosféricas son cambios en la refractancia de la atmósfera entre la antena del
Radar y la pared escaneada. El resultado es un cambio en la fase de la señal.
El término no se refiere a cambios físicos de la pared, aun cuando la causa final sea un
cambio atmosférico por ejemplo la lluvia es un cambio atmosférico, pero el agua cayendo
en cascada por la pared no lo es.
Propósito del Área de Referencia Estable. El área de referencia estable es utilizada para
corregir data del Radar, con el propósito de compensar los cambios en las condiciones
atmosféricas durante un escaneo. Es una región ubicada dentro del área de escaneo.
Cualquier movimiento dentro de esta región es atribuible a cambios en las condiciones
atmosféricas, y de él es calculado un parámetro de corrección que es aplicado a todos los
puntos en la data Radar.
Selección de un Área de Referencia Estable
 El área debe ser lo más estable posible.
 Debe estar libre de material suelto.
58
 No debe haber movimiento de vehículos.
 No debe existir vegetación.
 Debe cubrir un amplio rango de propagación.
 Puede ser dividida entre múltiples regiones (a menudo necesario para alcanzar una
adecuada difusión de los rangos).
Interpretación de la data en el Programa SSRViewer
Con el programa SSRViewer se puede visualizar y analizar la data colectada por el radar
además se puede visualizar las áreas dentro de un archivo de pared que están indicando
movimiento. A continuación, se explica los gráficos más importantes tales como
deformación vs tiempo, velocidad vs tiempo y velocidad inversa vs tiempo.
Figura 32. Movimiento constante de una pared.
59
Figura 33. Movimiento acelerado de una pared.
Figura 34. Movimiento de la pared - colapso.
2.8.4. Alarmas en el Radar de Estabilidad de Taludes
Alerta. Anuncio que envía el Radar en respuesta a un fallo en el sistema de monitoreo,
pudiendo ser estas: alerta amarilla, alerta verde, alerta gris y alerta azul.
60
Alarma. – Anuncio que envía el SSR al detectar un aumento en el movimiento
(deformación) por encima de los umbrales fijados por el Ingeniero Geotécnico. Las alarmas
pueden ser: alarma roja y alarma naranja.
61
Figura 35. Ejemplo de alerta amarilla.
Figura 36. Ejemplo de alerta amarilla.
2.8.5. Esquema general del trabajo del Radar de Estabilidad de Taludes
Computadora PMP. Computadora localizada en la oficina despatch designada para recibir
la data proveniente del computador del Radar.
Dispositivo Watchdog. Dispositivo que envía una señal audible cada vez que una alerta o
alarma del Radar se activa.
Los alertas o alarmas son enviados desde el Radar en tiempo real hasta el PMP el supervisor
de Despatch recepciona la alarma y comunica al ingeniero geotecnista este a su vez
62
recepciona de alarma, analiza la situación y se comunica para las coordinaciones con
Operaciones Mina y Planeamiento.
Cuando se genera una alerta o alarma el dispositivo Watchdog se activa el cual se encuentra
en Despatch. Además, la supervisión de Geotecnia cuenta con un Blackberry para que
también nos lleguen las alertas si nos encontramos en campo.
En las oficinas de Geotecnia se cuenta con una computadora exclusiva para el monitoreo
que se realiza con el Radar. La información a esta computadora es enviada desde el PMP
mediante un servidor.
Figura 37. Esquema general del trabajo del radar.
2.8.6. Limitaciones del Radar de Estabilidad de Taludes
Las limitaciones prácticamente son de orden climático. En sitios con temperaturas extremas
> -25°C y > 50°C el sistema puede operar con limitaciones las cuales son minimizadas a
través de mejoramiento continuo por parte de Grounprobe S.A.
Otro tipo de limitaciones se refiere al manejo por parte de los especialistas en Geotecnia de
cada sitio. Existen factores atmosféricos (llamados Eventos Atmosféricos) que pueden
influir negativamente en la calidad y exactitud de la data.
La forma de minimizar estos eventos atmosféricos es continuamente monitorear la data del
Radar y trabajar en lograr las mejores áreas de Referencia Estable, áreas de escaneo y
selección de la mejor ubicación del Radar frente a la Pared que se desea explorar.
63
2.9. INCLINÓMETRO
Una vez localizada topográficamente la ubicación del inclinómetro, se procederá conforme
a lo siguiente:
Perforación de barreno con ayuda de una máquina Long Year. Una vez terminada, habiendo
empleado agua como fluido de perforación, se verificará la profundidad del barreno
mediante un pisón acoplado a una sonda, así como la limpieza del mismo con agua limpia,
verificando que esté libre de obstáculos que pudiesen impedir el descenso de la tubería.
La profundidad debe ser más que suficiente para alcanzar el estrato donde no haya ninguna
duda de que el terreno es estable. En caso de duda, se debe tener en cuenta que esto no es lo
más costoso de esta técnica, y si no alcanzamos la zona estable, no se podrá hacer nada para
arreglarlo a posteriori. La perforación debe ser lo más vertical posible, aunque posibles
pequeñas desviaciones no deben suponer una gran preocupación, ya que las mediciones
futuras se relacionarán con la medición cero, no con la vertical teórica.
Imagen 23. Perforación de barreno para instalación de inclinómetro.
Una vez verificada la profundidad y limpieza del barreno, se procederá al acoplamiento de
la tubería inclinométrica, la cual está fabricada en ABS*. La tubería se armará en tramos
mediante los acoples telescópicos, de tal manera que se facilite su colocación en el barreno.
Se debe tener especial cuidado en la preparación de estos acoples telescópicos, garantizando
que queden en las ranuras, para permitir el libre movimiento de la tubería.
64
Imagen 24. Tubería para inclinómetro.
Así mismo, a la tubería se le adosa con cinta plástica una manguera que permitirá colocar la
inyección de lodo fraguante. Para evitar el efecto de flotación de la tubería durante su
descenso, ésta es lastrada con agua limpia en su interior. Durante el proceso de colocación
de la tubería ABS en el barreno, con auxilio de un equipo topográfico, se orientarán las
ranuras interiores, de tal forma que uno de los ejes quede orientado de forma perpendicular
al eje del Túnel.
Posteriormente a través del poliducto se inyectará lodo fraguante a baja presión (0.05 kg/cm2
como mínimo y 0.50 kg/cm2 como máximo). Al final de la instalación de la tubería, es
probable que la dirección de las ranuras presente una desviación angular. Este efecto es
atribuible al proceso de cementación o inyección de la tubería. Para corregir las desviaciones,
en las hojas de cálculo se considerarán estos desplazamientos, los cuales son medidos
topográficamente en campo. Finalmente, como medida de protección se construye un
registro.
Imagen 25.Registro de inclinómetro.
65
Una vez terminadas las actividades anteriores, es necesario que el mortero o lechada de
cemento se endurezca, por lo que habrá que esperar algunas horas (unas 24 horas), antes de
realizar la primera medición (medición cero), que será usada de referencia.
En resumen, este proceso de instalación de tubería inclinométrica sigue estos pasos: la
tubería se dispone en la perforación con un cierre estanco en el extremo inferior y con
manguitos entre los tramos para garantizar la estanqueidad. Después se coloca un cierre
estanco superior y se introduce mortero fluido o lechada de cemento entre la perforación y
el tubo, de modo que éste quede fijado al terreno y no existan holguras. En superficie se
coloca una tapa metálica a nivel de suelo para proteger el sistema.
Imagen 26. Tapa metálica a nivel de suelo para proteger el sistema.
Este tipo de instrumentos geotécnicos se miden a través de una sonda magnética unida a
unas ruedas guía y que consta de dos acelerómetros MEMS que miden en los planos X e Y.
La sonda se conecta al tambor a través de un cable. El Activador de Mano activa la toma y
almacenamiento de datos de los acelerómetros. Los datos se transmiten vía Bluetooth hasta
la PDA y se almacenan.
Para la utilización de este equipo de medida es suficiente únicamente un operador, ya que es
ligero y fácilmente transportable (un inclinómetro de 100 m pesa 13 kg).
La transmisión de señal digital de la sonda a la PDA evita problemas de resistencia
electrónica y ruidos, y no requiere de conexiones en campo, evitando así la inclusión de agua
o fallos en las conexiones. La PDA cuenta con un interfaz sencillo con la mayoría de los
sistemas y aplicaciones de uso común, y el software existente permite realizar lecturas con
facilitad.
La sonda inclinométrica, también llamada torpedo, se introduce en la tubería especialmente
instalada anteriormente. La tubería presenta dos pares de acanaladuras guía por las que
66
discurren las ruedas de la sonda. Éstas, conectadas a la sonda junto con las guías de la tubería,
aseguran una perfecta alineación y orientación.
Figura 38. Sonda introducida en tubería y Tubo carcasa para inclinómetro contenido en planos.
La lectura inicial o de referencia, es indispensable ya que las subsecuentes lecturas se harán
de la misma forma. Antes de nada, se deben elegir los ejes en los cuales se realizará la
medición. La Figura 30 muestra la convención de signos que se utilizará y la forma en que
se coloca la sonda para lograr este objetivo.
67
Figura 39. Convención de signos en un inclinómetro.
Ya elegida la convención a utilizar, se conecta el torpedo a un carrete de cable de señal, el
cual esta graduado a cada 0.5 m. Las lecturas de los desplazamientos se toman en esos
intervalos regulares a través de la tubería, lo que se mide y controla gracias a las marcas
presentes en el cable. Posteriormente se baja el torpedo dentro de la tubería. Una vez que la
profundidad deseada ha sido alcanzada, la cual es la base de la tubería, se toma la lectura
después de observar cierta estabilización en la pantalla, para posteriormente tomar las
subsecuentes cada 0.5 m hasta realizar un barrido de toda la tubería. Después de que el
torpedo salga a la superficie se gira 180°, se profundiza de nuevo hasta el fondo de la
perforación, con el fin de obtener las mediciones en las dos direcciones A y B. El conjunto
de las lecturas proporciona un perfil de desplazamiento de la tubería, realizándose todas las
lecturas a profundidades idénticas. Mediante la comparación de los sucesivos perfiles
podremos conocer la profundidad, dirección, magnitud y el grado de movimiento. La suma
de las dos mediciones debe ser cercana a 0.0, aunque se presentan generalmente algunas
diferencias. Las mediciones en un mismo sitio deben realizarse siempre con el mismo
torpedo, el mismo cable y el mismo operador, para minimizar los errores de manejo.
Los manguitos de la tubería se utilizan para atenuar las compresiones o extensiones de la
tubería en aquellas instalaciones en las que pudiesen ocurrir asentamientos o empujes.
De no ser así las fuerzas de compresión o extensión podrían deformar la tubería
inclinométrica no permitiendo el paso de la sonda y por tanto limitando las posibilidades de
lectura.
68
Imagen 27. Toma de lectura de un inclinómetro.
Cuidados que se deben tener en el proceso de medición:
 El torpedo no debe golpearse contra superficies duras para evitar que se dañen los
sensores. Si accidentalmente se golpea el torpedo este debe chequearse realizando
mediciones de comprobación.
 No permita que le entre humedad a las conexiones eléctricas. Nunca deben
conectarse los cables al torpedo en presencia de lluvia o humedad excesiva.
 El cable debe transportarse en tal forma que no se doble.
 El torpedo debe limpiarse, secarse y aceitarse suavemente antes de colocarlo en su
caja. La caja debe colocarse sobre la silla de un vehículo y nunca sobre las áreas
duras. La información se registra en la memoria interna de la unidad de lectura y es
descargada en un ordenador PC.
Medidas:
Los acelerómetros miden la diferencia angular entre los ejes de la sonda y la vertical a los
planos X e Y. Los ángulos se convierten a desplazamientos (en milímetros).
Ya descargadas las matrices en el ordenador, hay dos formas de procesar los datos: una
mediante un software proporcionado por el fabricante, o mediante la realización de
operaciones y gráficas con una hoja de cálculo.
69
Figura 40. Matrices de lecturas descargadas en ordenador.
A continuación, se describirá la forma de procesar los datos y llegar a la gráfica del
desplazamiento horizontal.
Antes de procesar los datos es altamente recomendable, realizar varias lecturas cero, ésto
con el objeto de verificar que el funcionamiento sea correcto. Posteriormente conocer el
ángulo de desviación de las ranuras guías de la tubería del inclinómetro con respecto al trazo
perpendicular al túnel, efecto que es atribuible al proceso de cementación o inyección de la
tubería, y que, para corregir las desviaciones, en las hojas de cálculo se han de considerar,
por los que son medidos topográficamente en campo como se ha mencionado anteriormente.
70
Figura 41. Ángulo de la tubería con respecto a la perpendicularidad del túnel.
La lectura cero será pues nuestra referencia, y por ello las subsecuentes lecturas serán
siempre referidas a esta. De esta forma estamos en el supuesto de que las deformaciones son
nulas, y a partir de este momento se empezaran a monitorizar.
Se obtienen siempre cuatro lecturas producto de las dos direcciones de movimiento y de los
dos barridos con el torpedo. A continuación, se restan los valores que corresponden a cada
una de las direcciones, es decir [A+] – [A-] y [B+] – [B-]. Esta resta es denominada
diferencia actual de las lecturas. Posteriormente esta diferencia es referenciada a la lectura
inicial de referencia o cero, realizando una resta de la diferencia actual de lecturas con
respecto a la lectura inicial, para, de esta forma, obtener una corrección por eje. Esta
corrección debe de ser multiplicada por 0.5, que es la longitud de los intervalos de medición,
para de esta forma obtener una deflexión a las distintas profundidades. Posteriormente de
obtener la deflexión, se realiza un acumulado de ésta para realizar la corrección angular y
así determinar la deflexión acumulada corregida.
A continuación, se muestra una hoja de cálculo con la programación antes mencionada, en
la cual se observa con claridad cada uno de los pasos anteriormente descritos:
71
Figura 42. Hoja de cálculo para procesar matrices de inclinómetro.
Obtenidos los resultados anteriores se grafican con respecto a la profundidad y en ambos
ejes, como se muestra a continuación:
Figura 43. Gráfica típica de deformaciones horizontales contra profundidad.
72
CONCLUSIONES
El datalogger es una herramienta muy importante para el monitoreo geotécnico de los taludes
ya que nos muestra en tiempo real los datos de humedad deformación para su respectivo
análisis.
Se concluye que el monitoreo con piezómetros de tubo abierto mediante el uso de sensores
eléctricos determina los niveles freáticos y la calidad del agua subterránea en las diferentes
etapas de operación de las unidades extractivas de materia prima, de una empresa cementera.
El monitoreo con piezómetros abiertos no se limita solo a verificar el nivel freático, este tipo
de instrumentación permite además identificar las variaciones de las presiones de poros que
se presentan en diferentes trabajos, entre los que se menciona construcción de terraplenes,
de edificios, en excavaciones, entre otros trabajos que se encuentran afectados por la
presencia de agua superficial o subterránea.
Los sistemas de control de la estabilidad de taludes en minas por radares, nos permite un
análisis de movimientos del talud a escalas submilimétricas, y con ello da seguridad en las
operaciones en el interior del tajo.
73
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