Instalación de instrumentos de auscultación en el dique derivador los molinos

VIII Congreso Argentino de Presas y Aprovechamientos Hidroeléctricos
22 al 25 de abril de 2015
Santa Fe - Argentina
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Instalación de instrumentos de auscultación en el Dique Derivador los
Molinos
Pablo M. Made1, Ana S. Morea1
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Solucionart S.A., B° Dalvian Mna. 19, C 13, Ciudad Mendoza (5500), Argentina
Mail de contacto: pmade@solucionartsa.com
RESUMEN
El Dique Los Molinos, fue construido en 1972, y sucesivos problemas de acumulación de
sedimentos aguas arriba, erosión de hormigones por arrastre de sólidos, y hasta sifonaje debajo
del dique móvil hicieron necesario importantes. Como parte de estas Obras de Refuncionalización
y Mejoras del Dique, ubicado a pocos kilómetros de la Ciudad de San Salvador de Jujuy, se
encontraba la instalación de un Sistema de Auscultación, dado que no lo tenía desde el momento
de su construcción.
El sistema de auscultación consistió en 62 piezómetros, 8 medidores de juntas triaxiales y una
Central de Adquisición de Datos. Previo a la instalación se ensayaron en obra todos los
instrumentos para lo cual se construyeron dispositivos específicos.
Las primeras mediciones, permitieron inferir las variaciones en los niveles de agua bajo las obras
y la influencia de la construcción del muro colado ubicado al pie del azud.
Completaron los trabajos la generación de toda la documentación correspondiente, metodologías,
protocolos de ensayos e instalación, planos conforme a obra, registro fotográfico, la redacción del
Manual de Auscultación y una capacitación al Personal que operará el sistema.
Palabras clave: auscultación, instrumentación, piezómetros, central adquisición datos.

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1 INTRODUCCIÓN
Como parte de los trabajos de reparación y refuncionalización del Dique Derivador Los Molinos,
llevados a cabo por el consorcio de empresas Benito Roggio e Hijos S.A. y José Cartellone
Construcciones Civiles S.A., la empresa Solucionart S.A. instaló un sistema de auscultación
consistente en 62 piezómetros de cuerda vibrante y 24 medidores de juntas conformando 8
triaxiales. Todos los instrumentos se conectaron a una central de adquisición de datos automática,
ubicada en la sala de control del dique. Los instrumentos de auscultación se instalaron en las
presas de material suelto de ambas márgenes, tanto en la fundación como en los terraplenes;
como así también en las fundaciones de los diques fijo y móvil, en perforaciones realizadas a tal
efecto.
Previamente a la instalación, se ensayaron en obra todos los instrumentos, con equipos
fabricados a tal efecto dotados de elementos de comparación calibrados.
Tanto para los ensayos previos como para la instalación, se desarrollaron metodologías que
fueron debidamente puestas a consideración y aprobación tanto de los contratistas principales
como de la Inspección de Obra. Se generaron además los correspondientes protocolos de ensayo
e instalación de cada instrumento, generando de esta forma la documentación necesaria.
Como parte de los trabajos, se desarrolló un Manual de Auscultación de la Obra, con toda la
documentación de respaldo generada, la descripción de los trabajos realizados, el registro
fotográfico, planos conforme a obra, y las metodologías de lectura y obtención de datos desde la
Central de Adquisición.
Finalmente, se capacitó al personal de operación del dique responsable de la lectura y
operación de los instrumentos.
2 DESCRIPCIÓN DE LA OBRA Y DEL SISTEMA DE AUSCULTACIÓN
2.1 Presa de Derivación Los Molinos
El denominado Dique Los Molinos, es técnicamente hablando una presa de derivación o azud,
ubicado aproximadamente un kilómetro aguas abajo de la confluencia de los Ríos Reyes y Grande
a pocos kilómetros de la capital de Jujuy.
La obra consiste básicamente en (descriptas de la margen izquierda hacia la margen derecha):
• Un terraplén zonificado, de aproximadamente 13m de altura y unos 340m de longitud,
denominado “Presa de Margen Izquierda”
• El llamado “Dique Fijo”, consistente en un vertedero de hormigón de 200m de longitud,
• Un vertedero móvil o “dique móvil” de 70m de longitud, controlado con compuertas
circulares.
• La obra de toma, diseñada para un caudal máximo de 25m3/s, ubicada inmediatamente
al lado de un canal de limpieza.
• Y finalmente otro terraplén de cierre de unos 440m de largo, denominado “Presa de
Margen Derecha”.
La obra había sufrido la erosión y abrasión por el paso de muy importantes cantidades de
sedimentos y arrastre de sólidos, que afectaron principalmente el perfil del vertedero y la pileta de
aquietamiento del dique fijo, y la cresta del vertedero y dientes disipadores del dique móvil.
A su vez en el dique móvil, se produjo en su fundación un proceso de sifonaje con formación de
cavernas que podrían haber comprometido la estabilidad del mismo, o movimientos indeseados
en las pilas de apoyos de las compuertas. (Gonzáles Andía, G; Conejo, J; Vater, G; Flores, R;
Fuentes,C; 2013)

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2.2 Sistema de auscultación instalado
El sistema de auscultación se proyectó a los fines de conocer el comportamiento hidráulico de
la fundación de las obras, específicamente la presión de poros mediante la instalación de
piezómetros. Esto en función de los problemas del escurrimiento en la fundación antes
mencionado, y que podrían llegar a comprometer la estabilidad tanto de las presas de ambas
márgenes, los diques fijo y móvil, como así también el correcto comportamiento de las compuertas
y otros mecanismos de este último. Los piezómetros se instalaron en los aluviones de fundación
de los diques Móvil y Fijo, y en las presas de Margen Derecha e Izquierda, y en los espaldones de
aguas abajo de estas dos últimas.
Además de piezómetros en la fundación, se instalaron extensómetros de juntas, colocados de
a tres constituyendo medidores de junta triaxiales, en el dique móvil, en los vanos entre las pilas
de las compuertas, a fin de conocer los posibles desplazamientos relativos entre los módulos de
hormigón.
Todos los instrumentos se vinculan a través de un sistema de cableado hasta tableros
intermedios y desde estos hacia la central de recolección de datos ubicada en el edificio de control
del dique. Este edificio se encuentra entre la presa de margen derecha y el dique móvil, y en el
mismo están todos los tableros correspondientes a la operación de los elementos hidromecánicos
de compuertas del dique móvil y canal descargador.
3 DETALLE DE INSTRUMENTOS POR SECTOR
Según proyecto, los instrumentos fueron instalados según el siguiente detalle:
3.1 Piezómetros en Presa de Margen Izquierda
Se instrumentó la presa de margen izquierda con piezómetros ubicados en 7 secciones de
auscultación, con una mayor densidad de instrumentos en cercanías del muro de vinculación con
el dique fijo.
En cada sección se instalaron 3 piezómetros, 2 de ellos en el cuerpo del terraplén de aguas
abajo y el restante en la fundación cerca del contacto presa – aluvión.
Los piezómetros se hallan conectados mediante cableado a un tablero ubicado en el muro de
separación entre la presa de Margen Izquierda y el Dique Fijo. Desde este punto, los cables
multipares pasan por el pie de aguas abajo del dique fijo hasta el tablero ubicado en el pilar del
muro entre Dique Fijo y Dique Móvil, para desde este punto dirigirse hasta el tablero de la Central
de Adquisición de Datos, instalada en la Sala de Operación de las compuertas del Dique.
3.2 Piezómetros en Dique Fijo
En el Dique Fijo, se instrumentaron 7 secciones, con 2 piezómetros cada una, ubicados a 15m
y 25m medidos desde la cara aguas arriba del DF, y en contacto con los aluviones del río. Los
piezómetros se instalaron 3,60m por debajo de la losa de la pileta de aquietamiento. Los cables
multipares que conectan los instrumentos, pasan por el pie de aguas abajo del dique fijo hasta el
tablero ubicado en el pilar del muro entre Dique Fijo y Dique Móvil, para desde este punto dirigirse
hasta el tablero de la Central de Adquisición de Datos.
3.3 Piezómetros en Dique Móvil
Se instalaron piezómetros en 7 secciones con 3 piezómetros cada una, ubicados
aproximadamente a 7m, 13m y 21m medidos desde el paramento aguas arriba a profundidades
de 2,0 m debajo del encuentro de la fundación con el hormigón ciclópeo. Los cables multipares
que conectan los instrumentos pasan por el tablero ubicado en el pilar del muro del Dique Móvil, y
desde ahí hasta el tablero principal. En la siguiente figura se muestra un corte del Dique móvil con
el detalle de instalación de los piezómetros.

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Figura 1 – Corte del Dique Móvil con detalle de piezómetros en sondeos
3.4 Presa de Margen Derecha
En la presa de cierre de Margen Derecha, se instalaron piezómetros en 3 secciones de
auscultación, cada una con 2 instrumentos ubicados a distinta profundidad, de los cuales, uno se
ubicó en el cuerpo del terraplén de aguas abajo y el otro en la fundación cerca del contacto presa
– aluvión de base. Los cables multipares de señal de los instrumentos van por el coronamiento de
la presa hasta la Central.
3.5 Medidores triaxiales de juntas en el Dique Móvil
Se instalaron medidores de desplazamiento en las juntas entre módulos en correspondencia
con la cara de aguas arriba, a fin de detectar eventuales desplazamientos en cualquier dirección
entre bloques, que pudieran comprometer el accionamiento del equipamiento hidromecánico. La
cantidad instalada es de 8 instrumentos triaxiales, uno por cada junta.
4 ENSAYOS EN OBRA
Como se mencionó anteriormente, se ensayaron todos los instrumentos en obra, a fin de
verificar su correcto funcionamiento antes de su instalación. Con este ensayo se buscó
principalmente:
• Asegurar que todos los instrumentos de cuerda vibrante estuvieran en funcionamiento,
posteriormente al transporte y almacenamiento en obra, y previo a la instalación.
• Confirmar mediante ensayo, que los instrumentos funcionaran adecuadamente dentro
de los rangos de medición especificados.
• Verificar el correcto funcionamiento del medidor portátil de cuerda vibrante.
• Corroborar valores de calibración y constantes de medición de fábrica.
4.1 Ensayos a piezómetros de cuerda vibrante
Los piezómetros instalados son del tipo de cuerda vibrante, esto es básicamente un dispositivo
o sensor con una membrana móvil de acero inoxidable solidaria a un cable de acero tensionado.
La cuerda o cable está tensada dentro de un alojamiento herméticamente sellado y en un
ambiente limpio de impurezas. La presión de agua en el exterior del sensor, provoca un cambio en
la curvatura de la membrana con su correspondiente variación en la tensión de la cuerda. El
cuadrado de la frecuencia de resonancia de la cuerda, es directamente proporcional a la presión
aplicada a la membrana. Para el funcionamiento, se dispone de dos bobinas en los extremos del
cable de forma que actúan, una como bobina de excitación y otra como escucha. Al transmitir una

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cierta frecuencia, por diferencia de frecuencias entre dos momentos determinados se puede
conocer la presión que se ha experimentado en ese intervalo de tiempo o periodo. Mediante una
unidad de lectura conectada al dispositivo, es posible visualizar y registrar estos datos.
En general y en este caso en particular, cada piezómetro es provisto con su correspondiente
certificado de calibración de fábrica, e identificado con su número de serie. En este documento,
figuran entre otros datos, las constantes de calibración del instrumento, y transformaciones a fin
de incorporar las mismas a la unidad lectora y permitir la lectura en unidades de presión.
El ensayo realizado en obra no sustituye a la calibración de fábrica. Para esta prueba o ensayo
de correcto funcionamiento, Solucionart S.A., construyó un dispositivo especial que permite
someter al piezómetro a diferentes presiones, y verificar si las mediciones del mismo son
correctas.
El dispositivo consta principalmente de una cámara, de acero, donde se instala en su interior el
instrumento, con una salida estanca para el cable de conexión. La cámara posee un manómetro
con certificado de calibración, y dos válvulas que permiten el llenado con agua y la purga del aire.
Completa el dispositivo una bomba manual, que permite dar presión al sistema, y finalmente
comparar la medición del piezómetro con la del manómetro.
Para el ensayo, la presión a que fueron sometidos los instrumentos fue incrementada y
disminuida en forma paulatina, y lentamente a fin de no producir movimientos bruscos en la
membrana móvil del piezómetro, mientras se comparaba la medición del piezómetro con la del
manómetro patrón.
Las presiones de prueba fueron las siguientes: 10%; 25%; 50%; 75% y 100% de la presión de
fondo de escala (350 kPa ó 35,69 mca), repitiéndose estos mismos valores en descenso,
disminuyendo la presión de la bomba.
Se llevó un registro de ambas mediciones (manómetro y piezómetro), dejándose constancia en
un protocolo de ensayo individual para cada instrumento, quedando de esta forma liberado el
mismo para su instalación, precisándose además su número de serie, fecha, lecturas, etc.
En la siguiente fotografía, se muestra el ensayo de uno de los piezómetros, donde puede verse
en primer lugar abajo el medidor portátil de cuerda vibrante, verticalmente la cámara de acero, y
en la parte superior de la misma las válvulas y el manómetro.
Fotografía 1 – Ensayo en obra de piezómetro de cuerda vibrante
4.2 Ensayos a medidores de deformación de juntas
Cada Medidor Triaxial de juntas instalado, está compuesto a su vez por un conjunto de 3
transductores (tres extensómetros por punto; para ejes x, y ,z), a cuerda vibrante de 50mm de
rango con termistor para compensación de temperatura. El medidor está constituido por un
transductor de cuerda vibrante alojado en un cuerpo de acero inoxidable y montado sobre un
soporte.

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Como en el caso de los piezómetros, todos los medidores de juntas fueron ensayados antes de
su instalación y fueron provistos de sus certificados de calibración de fábrica con sus
correspondientes constantes y unidades de transformación.
Para esta prueba de correcto funcionamiento, la empresa encargada de la instalación de los
instrumentos, construyó un dispositivo o mesa de ensayo, que permite instalar un extensómetro
en forma paralela a un comparador. Mediante un tornillo sinfín, se generan desplazamientos en
ambos instrumentos, midiendo las deformaciones en el extensómetro de cuerda vibrante con el
logger portátil, y en el comparador en forma directa.
Las mediciones se hicieron en ascenso y descenso, hasta un máximo de 40mm, por
recomendaciones del fabricante que supervisó los ensayos.
Se llevó un registro de ambas mediciones dejando plasmado un protocolo de ensayo,
quedando de esta forma liberado para colocar el instrumento con su número de serie, fecha,
lecturas, etc.
En la siguiente fotografía se muestra el momento del ensayo de un medidor de juntas.
Fotografía 2 – Ensayo en obra de medidor de juntas
5 INSTALACIÓN DE PIEZÓMETROS
Todos los piezómetros fueron instalados en sondeos, realizados con equipo de perforación
rotopercutor con aire y encamisado simultáneo. Una vez terminada y repasada la perforación, a fin
de comprobar que la misma estuvo limpia, sin restos de perforación ni derrumbes se procedió a la
instalación del instrumento. Se midió la profundidad del nivel freático, antes de la instalación, con
una sonda freatimétrica, dejando registro en el protocolo de instalación correspondiente.
Debido a la metodología de perforación, con encamisado simultáneo, la camisa de perforación
se fue retirando en forma simultánea durante la conformación de la cámara de arena o cámara de
captación prevista según proyecto. Una vez alcanzado con el relleno de arena, la cota superior de
la cámara, se continuó sacando casing y se rellenó de la parte superior del sondeo con inyección
de mortero de cemento hasta la boca de la perforación. Terminada la inyección de mortero, y el
retiro de todos los casing, se tomó lectura de los instrumentos a fin de verificar su correcto
funcionamiento. Con posterioridad se tomaron las lecturas iniciales, y se comenzaron los registros
base de todos los instrumentos.
Puede verse en la fotografía siguiente un momento durante la instalación de un piezómetro en
el dique fijo, con el equipo de perforación en el sitio.

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Fotografía 3 – Instalación de piezómetro en el dique fijo.
Se protegieron adecuadamente los cables una vez instalados los piezómetros, a fin de evitar
daños, balizándose los mismos, hasta el momento en que se dispusieron en las zanjas o tuberías
de protección hacia las cajas de conexión a los multipares, y desde estas hacia los tableros
correspondientes.
6 INSTALACIÓN DE TRIAXIALES
Para la instalación de los medidores de juntas triaxiales, fue necesario perforar los hormigones
donde se montaron, a ambos lados de la junta correspondiente módulos de hormigón
consecutivos. Para ello, se diseñó una plantilla que se colocaba en el sitio, perfectamente nivelada
y aplomada, y desde la misma se realizaban las perforaciones en el hormigón, permitiendo de
esta forma la correcta alineación posterior de los instrumentos a instalar.
Las posiciones y distancias relativas entre juntas, se confirmaron midiendo con el logger portátil
antes de terminar la fijación del instrumento a los soportes. Se anotó y corroboró el número de
serie de cada instrumento, previo a la instalación, anotando además la nomenclatura del sitio en el
protocolo correspondiente. Una vez montados los 3 instrumentos y comprobado su correcto
funcionamiento, se procedió a colocar la tapa de protección, al cableado correspondiente hacia el
sitio de conexión con los multipares.
En la siguiente fotografía se muestra la instalación de los triaxiales, antes del tapado con la
caja de protección.
Fotografía 4 – Instalación de Triaxiales
La siguiente fotografía muestra el Dique Móvil visto desde aguas arriba, y pueden identificarse

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las cajas de protección de los triaxiales, en color negro.
Fotografía 5 – Instalación de Triaxiales en Dique Móvil
7 CONSIDERACIONES GENERALES
Como en toda obra debieron adecuarse las tareas de perforación y de instalación de
instrumentos de auscultación a las tareas de construcción generales, en base a una planificación y
coordinación adecuadas.
El ensayo en obra de los instrumentos, y su contraste con patrones calibrados en laboratorios
reconocidos, es factible técnica y económicamente y debiera ser un estándar en todas las
instalaciones.
Al momento del conexionado y puesta en marcha de la central de adquisición de datos, se
puso de manifiesto la necesidad de eficientes puestas a tierra de los equipos. En caso contrario,
se produjeron lecturas anómalas producto de interferencias con circuitos eléctricos
correspondientes a partes móviles del dique.
La toma de lecturas de piezómetros durante la construcción del muro colado, permitió inferir
cambios en las condiciones hidráulicas debajo de las obras.
Es de fundamental importancia en la re-funcionalización de este tipo de obras construidas hace
décadas y con años de operación, y para que se pueda implementar apropiadamente un sistema
de auscultación para la vigilancia y control de las obras, que el proceso involucre a todas las
partes afectadas de manera que el conocimiento del estado previo de la obra, de las
modificaciones y de las mejoras y optimizaciones realizadas sean conocidas y compartidas tanto
por los responsables de la Ingeniería, la Construcción y la posterior Operación de la obra. Esta
continuidad en el conocimiento es la única forma en que el operador podrá hacer buen uso y
control de la seguridad de la obra.
Agradecimientos
A los Ingenieros Oscar Aieta, Carlos Fuentes, Fabricio Bernal y Santiago Iacobucci y todo el
personal de Benito Roggio que permitió la realización de los trabajos con la mayor calidad y
profesionalismo.
REFERENCIAS
Gonzáles Andía, G; Conejo, J; Vater, G; Flores, R; Fuentes, C, 2013. Dique Derivador Los Molinos –
Provincia de Jujuy, Daños en la Fundación del Dique Móvil. VII Congreso Argentino de Presas y
Aprovechamientos Hidroeléctricos, San Juan, Argentina.

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