exploracion geofisica

UNIVERSIDAD NACIONAL “JORGE BASADRE GROHMANN”

FAC. DE INGENIERIA CIVIL, ARQUITECTURA Y GEOTECNIA

INTRODUCCION

Varios tipos de procedimientos de exploración geofísica permiten una

rápida evaluación de las características del subsuelo. Estos permiten una

rápida cobertura de grandes áreas y son menos caros que la exploración

convencional por medio de barrenos. Sin embargo, en muchos casos,

una interpretación definitiva de los resultados es difícil. Por esa razón,

esos procedimientos deben usarse solo para trabajos preliminares. Aquí

se presentan tres tipos de procedimientos de exploración geofísica:

método por refracción sísmica, método por resistividad eléctrica, y

método SPT.

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GEOTECNIA PARA CIMENTACIONES



EXPLORACION GEOFISICA

SONDEOS POR REFRACCION SISMICA:

Los sondes por refracción sísmica son útiles para obtener información

preliminar acerca del espesor de los estratos de suelo y de la profundidad de la

roca o suelo firme en un sitio. Los métodos por refracción se conducen por

impactos sobre la superficie. El impacto se crea por un golpe de martillo o por

cargas explosivas. La primera llegada de ondas perturbadoras en varios puntos

es registrado por geófonos.

El impacto sobre la superficie del terreno crea dos tipos de onda de esfuerzos:

ondas P (u ondas planas) y ondas S (u ondas de corte). Las ondas P viajan mas

rápido que las ondas S; por c consiguiente, la primera llegada de ondas

perturbadoras estará relacionada con las velocidades de las ondas P en varios

estratos. La velocidad de las ondas P en un medio es:

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Funcionamiento del método.

La refracción más comúnmente utilizada corresponde a determinar las

primeras llegadas de las ondas de compresión (ondas P).

El método se ejecuta en base a lo que determina la normativa

internacional ASTM D 5777-95.

Se determinan los valores de velocidad de las ondas P y de las ondas S

en sedimentos y rocas.

Permite la detección de la profundidad del basamento y definición de su

relieve, dependiendo de variables como longitud del tendido, energía de

la fuente sísmica, frecuencia de los geófonos empleados, rigidez de los

suelos, entre otros aspectos.

Para la determinación de módulos geotécnicos (módulo de Young y

Coeficiente de Poisson) que permiten caracterizar y clasificar los suelos,

desde un punto de normativa de diseño.

Limitaciones.

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Para que exista refracción de las ondas, la velocidad de propagación de

estas debe ser estrictamente creciente con la profundidad. En el caso de

suelos con capas intermedias de menor velocidad el método no las

visualizará (capa ciega).

Requiere disponer de zonas con suficiente extensión, ya que la longitud

del tendido en superficie está directamente relacionada con la

profundidad de investigación que se alcance.

Dicha profundidad está condicionada por el tipo de fuente activa

empleada (entre otros factores como se mencionó anteriormente). Es

así, como mediante el uso de martillo se puede alcanzar una

profundidad del orden de 30-50 metros.

Consideraciones

La precisión del método requiere el uso de un levantamiento topográfico

de detalle.

Se considera que las ondas longitudinales se propagan a velocidades

constantes en cada estrato para cada tendido sísmico (spread), que es la

unidad básica de interpretación.

Si la longitud del perfil supera la extensión de un spread, se debe

considerar un traslape de geófonos para no perder información de los

rayos.

El contraste de velocidad entre estratos y el espesor de éstos, debe ser

suficientemente alto para que queden representados con claridad en las

curvas camino-tiempo.

APLICACIÓN:

Los resultados de un sondeo por refracción en un sitio se dan en la siguiente

tabla. Determine las velocidades de ondas P y el espesor del material

encontrado.

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Velocidad: Los tiempos de primera llegada están graficadas contra la

distancia desde la fuente de perturbación. La grafica tiene tres segmentos

rectos. La velocidad en los tres estratos superiores puede calcularse como

sigue:

Pendiente del segmento 0a= 1v1

= tiempodistancia

=23×10−3

5.25

Pendiente del segmento ab= 1v2

=13.5×10−3

11

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Pendiente del segmento bc= 1v3

=3.5×10−3

14.75

Comparando las velocidades obtenidas aquí con las dadas en la tabla, se

observa que el tercer estrato es roca.

Espesor de los estratos: xc =10.5 m, por lo que

El valor de Ti2 es 65 x 10-3 segundos. Por consiguiente,

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El estrato de roca se encuentra a una profundidad

Z1 +Z2=3.94 +12.66= 16.60 m.

SONDEOS POR RESISTIVIDAD ELECTRICA:

Otro método geofísico para la exploración del subsuelo es sondeo por

resistividad eléctrica. Esta característica, ρ, de cualquier material que tenga

una longitud L y un área A de sección transversal se define como:

ρ=RAL

Donde R= resistencia eléctrica

La unidad de resistividad se expresa generalmente como ohm.centimetro u

ohm. metro. La resistividad de varios suelos depende principalmente del

contenido de agua y de la concentración de iones disueltos. Las arcillas

saturadas tienen una resistividad muy baja; en contraste, los suelos y rocas

secos la tienen alta. El rango de resistividad generalmente encontrada en

varios suelos y rocas se da en la siguiente tabla:

El procedimiento más común para medir el perfil de un suelo es el método

Wenner que usa cuatro electrodos hincados en el suelo igualmente espaciados

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a lo largo de una línea recta. Los dos electrodos exteriores se usan para enviar

una corriente eléctrica I (generalmente una corriente directa con electrodos de

potencial no polarizante) al terreno. La corriente eléctrica varía entre 50 y 100

miliamperios.

La caída de voltaje V, se mide entre los dos electrodos interiores. Si el perfil del

suelo es homogéneo, su resistividad eléctrica es:

ENSAYOS IN SITU

MÉTODO SPT:

Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy

susceptibles a la perturbación y cuando las condiciones del terreno varían en

sentido horizontal y vertical. El método de prueba in situ más ampliamente

utilizado es el de penetración.

Principio del ensayo:

El ensayo S.P.T. (Standard Penetration Test) consiste básicamente en contar el

número de golpes (N) que se necesitan para introducir dentro un estrato de

suelo, un toma-muestras (cuchara partida) de 30 cm. De largo, a diferentes

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profundidades (generalmente con variación de metro en metro). El toma-

muestras es golpeado bajo energía constante, con una maza en caída libre de

140 lb. (33.5 Kg.) y una altura de caída de 30 plg. (76,2 cm.).

Este ensayo se realiza en depósitos de suelo arenoso y de arcilla blanda; no es

recomendable llevarlo a cabo en depósitos de grava, roca o arcilla consolidada,

debido a los daños que podría sufrir el equipo de perforación al introducirlo

dentro de dichos estratos.

Equipo necesario para realizar el ensayo:

Pesa de 140 lb. con una altura de caída de 30 plg.

Barras y brazos de perforación

Muestrador o tubo partido con las siguientes dimensiones:

- Largo: 50 cm.

- Diámetro exterior: 51 mm.

- Diámetro interior: 35 mm.

- Peso total: 70 N. (16 lb.).

Trípode de carga

Flexómetro

Parafina sellante

Fundas de plástico

Tarjetas de identificación

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Trípode de carga Tubo de muestras

Procedimiento:

El método de Penetración Estándar es el más ampliamente usado para la

exploración de suelos.

En primer lugar se realiza un sondeo hasta la profundidad establecida, y

a continuación se lleva al fondo de dicha perforación una cuchara

normalizada que se hinca 15 cm. en la capa a reconocer, a fin de

eliminar la zona superficial parcialmente alterada.

Se hace entonces una señal sobre el varillaje y se cuenta el número de

golpes (N) necesarios para hincar de nuevo la cuchara, la profundidad de

un pie (30 cm.). Como se mencionó anteriormente, la masa que se

utiliza para la hinca pesa 140 lb. y su altura de caída es 30 plg., lo que

corresponde a un trabajo de 0.5 KJ por golpe, aproximadamente.

Entonces el parámetro medido será: N = N1 + N2, en donde N1

corresponde a el número de golpes necesarios para hundir el toma-

muestras 15 cm. Y N2 es en número de golpes que se necesita para

hundir los 15 cm. restantes del toma-muestras.

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Finalmente se abre la cuchara partida y se toma la muestra de su

interior, para realizar los ensayos correspondientes (Contenido de

Humedad, Granulometría, Límites de Consistencia, Peso Específico).

Este ensayo se debe realizar máximo hasta los 50 golpes, ya que,

después de este límite, introducir el equipo de perforación dentro del

estrato puede causar daños al mismo. Cuando tenemos este caso, se

dice que existe RECHAZO (roca o suelo muy bueno).

Cálculos:

El valor de N (número de golpes necesarios para hincar un toma-muestras de

30 cm. de longitud en un estrato de suelo, una profundidad que generalmente

varía de metro en metro) se determina, como se mencionó anteriormente,

sumando los valores de N1 + N2, entonces:

N = N1 + N2

Dónde:

N1: número de golpes necesarios para hincar el toma-muestras15 cm.

N2 : número de golpes necesarios para hincar el toma-muestras otros 15 cm.

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A partir del N del Ensayo S.P.T. se pueden determinar la Resistencia a la

Penetración y la Presión Admisible.

Resistencia a la penetración:

Rp=N∗4

Carga admisible:

σ adm=N10

Otro parámetro que se puede determinar a partir del N obtenido y de la

clasificación posterior del suelo, es el Grado de Compacidad en caso de suelos

arenosos y la Consistencia en caso de suelos arcillosos, esto mediante tablas

que relacionan los mencionados valores:

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APLICACIÓN DEL METODO SPT:

Con los siguientes datos obtenidos de un ensayo SPT, determinar:

El número de golpes N

La resistencia a la penetración

La presión admisible del suelo y el grado de compacidad.

Para obtener los valores buscados en el problema, sigo el siguiente

procedimiento

o Con los valores de N obtenidos del S.P.T. obtengo un diagrama

graficando dichos valores y uniendo los puntos que estos generan

con líneas.

o En el diagrama, podemos observar que existen dos partes diferentes

bien definidas. A partir de esta consideración digo que existen 2

estratos, cada uno con diferente Grado de Compacidad. El N

promedio para cada estrato es precisamente el promedio de los

diferentes valores de N obtenidos para cada profundidad.

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o Seguidamente determino el Grado de Compacidad de cada estrato

mediante la tabla que corresponde a la relación existente entre este

parámetro y el N del S.P.T.:

Para nuestro primer valor, N= 39, tenemos un Gc= 0.65; igualmente

para N=44, Gc= 0.74

o La resistencia a la penetración se puede calcular como se mencionó

anteriormente, con la siguiente expresión:

Rp=N∗4

Para el primer valor de N que corresponde a 39, Rp=156 kg/cm2. De

la misma forma calculo los valores de Rp para cada N.

o Finalmente obtenemos la Presión Admisible, que se puede calcular

mediante la expresión anteriormente mencionada:

σ adm=N10

Para N=39, la presión admisible σ adm=3.9kgcm 2

, calculándose los

demás valores de σ adm de manera similar.

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