ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA
ING. LUIS A. GUTIERREZ ARANDA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOUNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFacultad de IngenieríaFacultad de Ingeniería
Escuela de MinasEscuela de Minas
1
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN GENERAL
METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
EXPLORACIÓN DIRECTA DE CAMPO
EXPLORACIÓN INDIRECTA A TRAVÉS DE
PROSPECCIÓN SÍSMICA
ENSAYOS DE LABORATORIO
CONCLUSIONES
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3
4
5
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METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
- Reconocimiento geológico y de sitio: interpretación del origen y formación de suelos, evaluación geológica, interpretación de posibles condiciones del subsuelo.
- Planificación de la exploración y muestreo: permite ubicar y cuantificar el número de sondajes y optimizar el muestreo.
- Recopilación de información: hidrología, geología, sismicidad, topografía, etc.
- Ejecución de ensayos de laboratorio: para la determinación de los parámetros de los materiales.
- Ejecución de la exploración y muestreo: ejecución de sondajes y obtención de muestras disturbadas e inalteradas.
- Interpretación de la investigación geotécnica: evaluación de los datos de campo y laboratorio.
- Análisis y diseño geotécnico
METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
EXPLORACIÓN DIRECTA DE CAMPO
Exploración a través de pozos abiertos y posteadora
Exploración con ensayos de penetración estándar (SPT)
Exploración con ensayos de penetración cono holandés (CPT)
EXPLORACIÓN DE CAMPO CON EXPLORACIÓN DE CAMPO CON
CALICATAS Y POSTEADORACALICATAS Y POSTEADORA
- Excavación manual con pico y lampa
- Excavación con equipo mecánico
EXPLORACIÓN DIRECTA CON CALICATAS
Desventaja:
- Profundidad limitada
- Paredes inestables ante la presencia de agua
Ventaja:
- Extracción de muestras disturbadas e inalteradas
- Visualización directa de la estratigrafia
- Posteadora manual
- Posteadora mecánica
EXPLORACIÓN DIRECTA CON POSTEADORA
Equipo:
Tubería, una T y en su parte inferior una mecha
Ventaja:
- Auscultación rápida del terreno
Desventaja:
- No se extraen muestras inalteradas
- Imposible de realizar en arenas limpias secas o saturadas
10 cm
Extensión
POSTEADORO 3" - 8"
Post hole Digger
O 2" - 3 1/2"
O 2" - 3 1/2" O 2" - 5 1/2"
EXPLORACIÓN DE CAMPO CON EXPLORACIÓN DE CAMPO CON
ENSAYOS DE PENETRACIÓN ENSAYOS DE PENETRACIÓN
ESTÁNDAR - (SPT)ESTÁNDAR - (SPT)
A) GENERALIDADES
Procedimiento ampliamente utilizado para determinar características de resistencia y compresibilidad de suelos.
B) PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO
Ejecución de la perforación
- con barrenos (posteadora)
- a rotación
- por lavado “wash boring”
Ejecución del muestreo
Se realiza con un muestreador de Caña Partida
Trípode de tubos
2 1/2”
Manguera
Mango para rotaciónparcial de la barra
Terreno Natural
Soga ”
Depósito de agua de lavado
Barra deperforación
Cincel
Motor con cajareductora
Forro
Bomba
Polea para la soga
Elevador
CINCEL RECTO
BARRA CONUNION
CINCEL DE CRUZ
SOSTENEDOR DE BARRAS
ELEVADOR
PERFORACIÓN POR LAVADO “WASH BORING”
MÉTODOS DE EXPLORACIÓN GEOFÍSICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOUNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFacultad de IngenieríaFacultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería de MinasEscuela de Ingeniería de Minas
EXPLORACIÓNEXPLORACIÓNGEOFÍSICAGEOFÍSICA
GRAVIMÉTRICOGRAVIMÉTRICO
MAGNETOMÉTRICOMAGNETOMÉTRICO
SISMOLÓGICOSISMOLÓGICO
ELÉCTRICOELÉCTRICO
GEOTÉRMICOGEOTÉRMICO
RADIOACTIVORADIOACTIVO
DIRECTA
REFLEJADA
V1
V2
i r
REFRACTADA
icic
REFLEXIÓN SÍSMICA
REFRACCIÓN SÍSMICA
Métodos Geofísicos SísmicosMétodos Geofísicos Sísmicos
Ensayos de Ensayos de ReflexiónReflexión y Refracción Sísmica y Refracción Sísmica
Ensayos downhole, Ensayos downhole, uphole y crossholeuphole y crosshole
Ensayos de vibración superficial (ondas Rayleigh)Ensayos de vibración superficial (ondas Rayleigh)
Ensayo con el Cono SísmicoEnsayo con el Cono Sísmico
Ensayo con la Sonda de SuspensiónEnsayo con la Sonda de Suspensión
Medición de MicrotrepidacionesMedición de Microtrepidaciones
MÉTODO DE REFRACCIÓNMÉTODO DE REFRACCIÓNSÍSMICASÍSMICA
ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICAENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA
• Determinación de Perfiles Sísmicos del SubsueloDeterminación de Perfiles Sísmicos del Subsuelo
• Medición de Velocidades de Propagación de las Medición de Velocidades de Propagación de las
Ondas P y en algunos casos de las Ondas S.Ondas P y en algunos casos de las Ondas S.
• Determinación de los Parámetros Dinámicos del SueloDeterminación de los Parámetros Dinámicos del Suelo
Ensayo de refracción sísmica
Unidad de Adquisición y Procesamiento de Datos (Ensamblado final)
Geófono vertical y cable conductor de señales para realizar ensayos de refracción sísmica y ensayos en pozo abierto de poca profundidad
FUNDAMENTOFUNDAMENTOTEÓRICOTEÓRICO
Disparo
Frente deOndas
t1t2
t3t4
t5t6t7t8
Xc
Posiciones del Frente de Ondas en un Medio de Dos Estratos a tiempos t1, t2,...
Ley de Snell
• Cuando la onda sísmica alcanza la frontera entre dos materiales de distinta velocidad sísmica, las ondas se reflejan y se refractan.
• Cuando el ángulo de incidencia iguala al ángulo crítico en la frontera, la onda refractada se mueve a lo largo de la frontera entre los dos materiales, transmitiendo energía de nuevo a la superficie.
• Esta frontera es llamada un refractor.
Refracción de Trayectoria de los Rayos a Través de una Frontera entre Dos Medios Elásticos
Estrato 1
Velocidad = V1
Velocidad = V2
Estrato 2
Angulo Críticode Incidencia
r
Fuente
90°
i
sen i V1sen r V2
=
DIRECTA
REFLEJADA
V1
V2
i r
REFRACTADA
ic
ic
• Parámetros:
- Tiempo de inicio del movimiento sísmico (tiempo cero)
- Distancia entre el punto de impacto y el sensor
- Primer arribo de energía sísmica que llega a los sensores
PROCEDIMIENTOPROCEDIMIENTODEL DEL
ENSAYOENSAYO
ENSAYO DE REFRACCIÓN SISMICAENSAYO DE REFRACCIÓN SISMICA
PLANEACIÓN
OPERACIÓN YOBSERVACIÓN
DE CAMPOPREPARACIONDE LOS DATOS
INTERPRETACION DE RESULTADOS
OPERACIÓN Y OBSERVACIÓN DE CAMPO
DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE TENDIDO
DETERMINACION DE LA GEOMETRÍA DE LOS PUNTOS DE IMPACTO
L
hL > 4h - 3h
1
shot shot shot shot shotshot
L/2 L/2 L/2 L/2
L
e : espaciamiento entre geófonos
shot
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
INTERPRETACIÓNINTERPRETACIÓNDE DE
RESULTADOSRESULTADOS
Caso Simple de Dos Estratos con Límites Planos y Paralelos Curva Tiempo - Distancia Correspondiente
D1
=XC
2
2V 1V-
V2V + 1
DISTANCIAT
IEM
PO
TIEMPO DEINTERSECCION,
DISTANCIA CRITICA, X C
v1
1
2v
1
Ti
DISPARO
E
F G
H
D 1
SIN = v1
2v(
1v
2v
t
X
APLICACIONESAPLICACIONES
Determinación de la superficie de deslizamiento
PERFIL ESTRATIGRAFICOPuente Santo Cristo : Línea 01-01
1520
1530
1540
1550
1560
1570
1580
1590
1600
10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Distancia (m)
Cot
a (m
.s.n
.m) shot
terreno
estrato 1
estrato 2
0102
03 07 0406 05
roca poco alterada
roca fracturada o muy alterada
material aluvional
VENTAJAS
• Permite cubrir rápidamente grandes áreas a un costo comparativamente bajo.
• No altera ni modifica las condiciones y propiedades naturales de las rocas y suelos.
• El ensayo no es estorbado por boleos, cantos rodados ni gravas gruesas.
VALORES PROMEDIOS DE Vp SEGÚN LA NORMA ASTM-D5777
Descripción
pie/s m/s
Velocidad Vp
Suelo intemperizado
Grava o arena seca
Arena saturada
Arcilla saturada
Agua
Agua de mar
Arenisca
Esquisto, arcilla esquistosa
Tiza
Caliza
Granito
Roca metamórfica
800 a 2000
1500 a 3000
4000 a 6000
3000 a 9000
4700 a 5500
4800 a 5000
6000 a 13000
9000 a 14000
6000 a 13000
7000 a 20000
15000 a 19000
10000 a 23000
240 a 610
460 a 915
1220 a 1830
910 a 2750
1430 a 1665
1460 a 1525
1830 a 3960
2750 a 4270
1830 a 3960
2134 a 6100
4575 a 5800
3050 a 7000
ENSAYO ENSAYO DOWN HOLEDOWN HOLE
Esquema del Ensayo Down Hole
CILINDRO
DE GAS REGULADOR
AMPLIFICADOR
MONITOR
MONITOR
DE DATOS
CARGA
TABLA
ONDAS S
TRANSDUCTOR DE 3
COMPONENTES
TUBO DE
CAUCHO
ONDAS P
POZO
ESTACA
MARTILLO
Registros de Ondas P
Tiempo (Seg.)
(Ondas P)
0. 00 0. 02 0. 04 0. 06 0. 08 0. 10 0. 12
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
15
17
18
19
2020.320.8
Pro
fun
did
ad (
m)
Tiempo (Seg.)
0. 00 0. 04 0. 08 0. 12 0. 16 0. 20 0. 2 4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
15
17
18
19
2020.320.8
Pro
fun
did
ad (
m)
(Ondas S)
Registros de Ondas S
Determinación de Propiedades Dinámicas de los Materiales.
Vp
0.25
(Vp /Vs )2 - 2
2 ((Vp /Vs )2 - 1)
Ed = 2 (1 + )G
Gd = Vs 2
Donde:= densidad volumétrica. = relación de Poisson.Gd = módulo de corte.Ed = módulo de Young.
Ejemplo de Prospección de velocidades por el método DownholeEjemplo de Prospección de velocidades por el método Downhole