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

2

3

4

5

6

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