Exploracion geotecnica

1,224 views

Published on

0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
1,224
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
8
Actions
Shares
0
Downloads
126
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Exploracion geotecnica

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA Dr. ZENON AGUILAR BARDALES CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES - CISMID
  2. 2. CONTENIDO1 INTRODUCCIÓN GENERAL2 METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO3 EXPLORACIÓN DIRECTA DE CAMPO4 EXPLORACIÓN INDIRECTA A TRAVÉS DE PROSPECCIÓN SÍSMICA5 ENSAYOS DE LABORATORIO6 CONCLUSIONES
  3. 3. 2. METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO- Recopilación de información: hidrología, geología, sismicidad, topografía, etc.- 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.
  4. 4. - Ejecución de la exploración y muestreo: ejecución de sondajes y obtención de muestras disturbadas e inalteradas.- Ejecución de ensayos de laboratorio: para la determinación de los parámetros de los materiales.- Interpretación de la investigación geotécnica: evaluación de los datos de campo y laboratorio.- Análisis y diseño geotécnico
  5. 5. 3. 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)
  6. 6. EXPLORACIÓN DE CAMPO CON CALICATAS Y POSTEADORA
  7. 7. EXPLORACIÓN DIRECTA CON CALICATAS- Excavación manual con pico y lampa- Excavación con equipo mecánicoVentaja:- Extracción de muestras disturbadas e inalteradas- Visualización directa de la estratigrafiaDesventaja:- Profundidad limitada- Paredes inestables ante la presencia de agua
  8. 8. EXPLORACIÓN DIRECTA CON POSTEADORA- Posteadora manual- Posteadora mecánica 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
  9. 9. 10 cm Extensión POSTEADOR O 2" - 3 1/2" O 3" - 8" Post hole DiggerO 2" - 3 1/2" O 2" - 5 1/2"
  10. 10. EXPLORACIÓN DE CAMPO CON ENSAYOS DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR - (SPT)
  11. 11. 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
  12. 12. PERFORACIÓN POR LAVADO “WASH BORING” Polea para la soga Trípode de tubos φ 2 1/2” Soga φ 1” Elevador Mango para rotación parcial de la barra SOSTENEDOR DE BARRAS BARRA CON UNION Manguera Bomba Terreno Natural Depósito deMotor con caja agua de lavadoreductora ELEVADOR Forro Barra de CINCEL CINCEL DE perforación RECTO CRUZ Cincel
  13. 13. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR - SPT Trípode de Tubo de diámetro φ 2 1/2” Guía de Martillo hinca Cadena de fierro Guía Cabezal de hinca Φ 1 1/2” MARTILLO CUCHARA Φ 2” - 4 1/2” Cuchara
  14. 14. C) REGISTRO DE PENETRACIÓN Resistencia a la penetración: golpes necesarios para hincar los últimos 30 cm de un total de 45 cm.D) INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS La resistencia a la penetración es un indicador de la compacidad de suelos arenosos y un indicador de la consistencia y resistencia de suelos cohesivos.
  15. 15. Compacidad Relativa de ArenasNúmero de Golpes Compacidad Relativa 0–4 Muy suelta 5 - 10 Suelta 11 - 30 Medianamente Compacta 31 - 50 Compacta > 50 Muy Compacta
  16. 16. Consistencia y Resistencia de Suelos Cohesivos Resistencia a la Número de Consistencia Compresión Golpes Simple, qu (kg/cm2) <2 Muy Blanda < 0.25 2-4 Blanda 0.25 - 0.50 4-8 Media 0.50 - 1.00 8 - 15 Firme 1.00 - 2.00 15 - 30 Muy Firme 2.00 - 4.00 > 30 Dura > 4.00
  17. 17. NSPT Rígida 32 30 SOWERS arcilla de 27 25 baja plasticidad Muy 20 Arcilla de Dura plasticidad media TERZAGHI y PECK 16 15 Dura 10 Arcilla de alta plasticidad 8 Firme 5 4 Blanda 2 Muy Blanda 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Su (tsf)Correlación de N (SPT) con la resistencia cortante no drenada(Su) de suelos cohesivos de diferentes plasticidades(ref. NAVFAC, 1971)
  18. 18. EXPLORACIÓN DE CAMPO CONENSAYOS DE PENETRACIÓN CONO HOLANDÉS - (CPT)
  19. 19. A) GENERALIDADES - Usado en Europa desde 1920 - En Estados Unidos desde 1960 - En el Perú desde 1984B) DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO - Equipo de penetración estática - Tubería de acero de 1 m y barras sólidas interiores concéntricas (φext=3.6 cm y φ int= 1.6 cm) - Punta Cónica Se transmite la fuerza a través de las barras interiores y esta al cono, midiendo cada 20 cm la resistencia por punta y/o fricción.
  20. 20. C) PUNTA DE PENETRACIÓN Punta DELFT - Punta cónica de 3.6 cm de diámetro y 10 cm2 de área - Se encuentra montada en el extremo inferior de una funda deslizante de 9.9 cm de longitud - El cono penetra debido a la fuerza axial de un vástago - Se mide la presión que transmite en la punta Punta BEGEMANN - Punta cónica de 3.57 cm. de diámetro y 10 cm2 de área - Se encuentra montado en un pieza cilíndrica deslizante de 11.1 cm - Posee una funda de 13.3 cm de longitud y 3.6 cm de diámetro - Se mide la presión por punta y fricción
  21. 21. ENSAYO DE PENETRACIÓN CONO HOLANDÉS Esquema de Punta Cónica 2 4 5 1 A 3 Φ15 265 m m Φ12.5 m m 69 m m 133 m m 47 m m60° Φ 36 B Φ 20 m m Φ 23 m m Φ 30 m m Φ 32.5 m m Φ 35.7 m m 1 Punta Cónica 4 Copla A POSICION CERRADA 2 Funda cilíndrica 5 Barra sólida B POSICION EXTENDIDA 3 Funda de fricción
  22. 22. D) DETERMINACIÓN LA RESISTENCIA QC qc = Αc donde : Qc = fuerza para hincar el cono en kg Ac = área transversal del cono qc = resistencia de la punta FC fs = Αc donde : Fc = fuerza para hincar el cono y la funda en kg AS = área lateral de la funda fS = resistencia por fricción
  23. 23. Resistencia de punta qc, kg/cm2 0 10 20 30 40 50 60 1 fs 2 qs Profundidad, m 3 4 5 6 7 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Resistencia de fricción fs, kg/cm2GRÁFICA DE PENETRACIÓN ESTÁTICA
  24. 24. E) CORRELACION CON EL ENSAYOS DE PENETRACION ESTANDAR Tipos de Suelos qc/N Limos, limos arenosos, mezclas de limo 2.0 arena-arena ligeramente cohesiva Arenas limpias a medias y arenas 3.5 ligeramente limosa Arenas gruesas y arenas con algo de 5 grava Gravas arenosas y gruesas 6
  25. 25. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL CISMID - LABORATORIO GEOTECNICO REGISTRO DE SONDAJESSolicitado:Proyecto : Revisado :Ubicación: Cota Superficial :Fecha : Profundidad N.F.(m) :Operador : Profundidad Total (m) : Ensayo de Penetración Estándar Gráfica de N N° golpes/30 cm.
  26. 26. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Civil 4. MÉTODOS DEEXPLORACIÓN GEOFÍSICA CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES - CISMID
  27. 27. GRAVIMÉTRICO REFLEXIÓN MAGNETOMÉTRICO SÍSMICAEXPLORACIÓNGEOFÍSICA SISMOLÓGICO ELÉCTRICO REFRACCIÓN GEOTÉRMICO SÍSMICA RADIOACTIVO DIRECTA DA JA FLE RE ic ic i r V1 REFRACTADA V2
  28. 28. Métodos Geofísicos SísmicosEnsayos de Reflexión y Refracción SísmicaEnsayos down hole, up hole y cross holeEnsayos de vibración superficial (ondas Rayleigh)Ensayo con el Cono SísmicoEnsayo con la Sonda de SuspensiónMedición de Microtrepidaciones
  29. 29. MÉTODO DE REFRACCIÓN SÍSMICA
  30. 30. ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA• Determinación de Perfiles Sísmicos del Subsuelo• Medición de Velocidades de Propagación de las Ondas P y en algunos casos de las Ondas S.• Determinación de los Parámetros Dinámicos del Suelo
  31. 31. Ensayo de refracción sísmica
  32. 32. Unidad de Adquisición y Procesamiento de Datos (Ensamblado final)
  33. 33. Geófono vertical y cable conductor de señalespara realizar ensayos de refracción sísmica yensayos en pozo abierto de poca profundidad
  34. 34. FUNDAMENTO TEÓRICO
  35. 35. Posiciones del Frente de Ondas en un Medio de Dos Estratos a tiempos t1, t2,... Xc Disparo t2 t1 Frente de Ondas t3 t4 t5t8 t7 t6
  36. 36. 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.
  37. 37. Refracción de Trayectoria de los Rayos a Través de una Frontera entre Dos Medios Elásticos Fuente sen i = V1 Estrato 1 sen r V2 Velocidad = V1 α Angulo Crítico = de Incidencia i α Estrato 2 ° r 90 Velocidad = V2
  38. 38. • 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 DIRECTA DA JA FLE RE ic ic i r V1 REFRACTADA V2
  39. 39. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
  40. 40. ENSAYO DE REFRACCIÓN SISMICA PLANEACIÓNOPERACIÓN YOBSERVACIÓN DE CAMPO PREPARACION DE LOS DATOSINTERPRETACION DE RESULTADOS
  41. 41. OPERACIÓN Y OBSERVACIÓN DE CAMPO DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE TENDIDO L L > 4h - 3h h DETERMINACION DE LA GEOMETRÍA DE LOS PUNTOS DE IMPACTO Lshot shot shot shot shot shot shot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 L/2 L/2 L/2 L/2 e : espaciamiento entre geófonos
  42. 42. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
  43. 43. Caso Simple de Dos Estratos con Límites Planos y Paralelos Curva Tiempo - Distancia Correspondiente t TIEMPO DE 1 INTERSECCION, Ti v2 TIEMPO XC V2 - V1 D1 = 2 V2 + V1 1 v1 DISTANCIA CRITICA, X C X DISTANCIA DISPARO H E v1 α D1 F G v2 v1 (SIN α = v 2
  44. 44. APLICACIONES
  45. 45. Determinación de la superficie de deslizamiento
  46. 46. PERFIL ESTRATIGRAFICO Puente Santo Cristo : Línea 01-01 1600 1590 1580 01 02 03 07 04 1570 06 05 shotCota (m.s.n.m) material aluvional terreno 1560 estrato 1 1550 estrato 2 roca fracturada o muy alterada 1540 1530 1520 10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 Distancia (m) roca poco alterada
  47. 47. 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.
  48. 48. VALORES PROMEDIOS DE Vp SEGÚN LA NORMA ASTM-D5777 Velocidad Vp Descripción pie/s m/sSuelo intemperizado 800 a 2000 240 a 610Grava o arena seca 1500 a 3000 460 a 915Arena saturada 4000 a 6000 1220 a 1830Arcilla saturada 3000 a 9000 910 a 2750Agua 4700 a 5500 1430 a 1665Agua de mar 4800 a 5000 1460 a 1525Arenisca 6000 a 13000 1830 a 3960Esquisto, arcilla esquistosa 9000 a 14000 2750 a 4270Tiza 6000 a 13000 1830 a 3960Caliza 7000 a 20000 2134 a 6100Granito 15000 a 19000 4575 a 5800Roca metamórfica 10000 a 23000 3050 a 7000
  49. 49. ENSAYODOWN HOLE
  50. 50. Esquema del Ensayo Down Hole CILINDRO REGULADOR MONITOR DE GAS MARTILLO AMPLIFICADOR MONITOR DE DATOS ESTACA CARGA TABLA ONDAS P ONDAS S TUBO DE TRANSDUCTOR CAUCHO DE 3 COMPONENTES POZO
  51. 51. Tiempo 0. 00 0. 02 (Seg.) 04 0. 0. 06 0. 08 0. 10 0. 12Registros de 0 1 Ondas P 2 3 4 5 Profundidad (m) 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15 17 18 19 20 20.3 20.8 (Ondas P)
  52. 52. Tiempo (Seg.) 0. 00 0. 04 0. 08 0. 12 0. 16 0. 20 0. 2 4Registros de 0 1 Ondas S 2 3 4 5 Profundidad (m) 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15 17 18 19 20 20.3 20.8 (Ondas S)
  53. 53. Determinación de Propiedades Dinámicas de los Materiales. ρ = 0.2 Vp 0.25 Donde: )2 (Vp /Vs - 2 ρ = densidad volumétrica. ν= 2 ((Vp /Vs )2 - 1) ν = relación de Poisson. Gd = módulo de corte. Gd = ρ Vs 2 Ed = módulo de Young. Ed = 2 (1 + ν )G
  54. 54. Ejemplo de Prospección de velocidades por el método Downhole Tipo m de Valor de N Tiempo de Viaje ( x 10 -2 ) sec. Suelo 10 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.35 mm Owi Island 580 210 N°1 C2 5 Vs = Tokyo Bay 155 m sec 100 Vp = 10 1300 m sec 140 120 15 195 1890 150 20

×