exploracion y muestreo
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EXPLORACIN Y MUESTREO
Ing. MSc. Jos Alberto Rondn
Ing. MSc. Luz Marina Torrado Gmez
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Ing. MSc. Luz Marina Torrado GmezIng. MSc. Jos Alberto Rondn.
H.2.1.1.1 Investigacin del Subsuelo Comprende el estudio y elconocimiento del origen geolgico, la exploracin del subsuelo (apiques,
trincheras, perforacin y sondeo y otros) y los ensayos y pruebas de
campo y laboratorio necesarios para identificar y clasificar los diferentes
suelos y rocas y cuantificar las caractersticas fsico-mecnicas e
hidrulicas del subsuelo
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OBJETIVOS DE LA EXPLORACIN
El sondeo es la tcnica utilizada para la observacin deforma directa o la determinacin indirecta, dela naturaleza, propiedades y caractersticas del subsueloen profundidad.
Identificar y caracterizar las formaciones.
Localizar niveles de aguas subterrneas.
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TIPOS DE SONDEOS (Mtodos)
EXPLORACIN Y MUESTREO (de carcter Preliminar)
Pozos a cielo abierto conmuestreo alterado o inalterado.
Perforaciones con posteadora,barrenos helicoidales o mtodos
similares.
Mtodos de lavado.Mtodos de penetracinestndar.
Mtodos de penetracin cnica.
MUESTREO FINAL Y PRUEBAS DE CAMPO (definitivo)
Pozos a cielo abierto conmuestreo inalterado
.
Mtodos con tubos depared delgada.
Mtodos rotatorios pararoca.
GEOFSICOS
Ssmico.
De resistenciaelctrica.
Magntico ygravimtrico.
Ing. MSc. Luz Marina Torrado GmezIng. MSc. Jos Alberto Rondn.
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Ing. MSc. Luz Marina Torrado Gmez.
. Consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para
que un tcnico pueda directamente bajar y examinar los
diferentes estratos de suelo en su estado natural, as como darse
cuenta de las condiciones precisas referentes al agua contenida
en el suelo.
Desventajas:
No puede llevarse a grandes profundidades (Agua y Tipos desuelos).
La excavacin se encarece (apuntalamientos, andamios, etc.)
EXPLORACIN Y MUESTREO (de carcter Preliminar)
.1. POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO ALTERADO O
INALTERADO.
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Debe cuidarse especialmente los criterios para distinguir la
naturaleza del suelo "in situ" y la misma, modificada por la
excavacin realizada.
Una arcilla dura puede, con el tiempo, aparecer como suave y
esponjosa a causa del flujo de agua hacia la trinchera de
excavacin; anlogamente, una arena compacta puede
presentarse como semifluida y suelta por el mismo motivo.
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POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO ALTERADO O
INALTERADO.
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2. PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS
HELICOIDALES O MTODOS SIMILARES.
La muestra de suelo obtenida es completamente alterada, pero
suele ser representativa del suelo en lo referente a contenido
de agua, por lo menos en suelo muy plstico.
Los barrenos helicoidales pueden ser de diferentes tipos. El
paso de la hlice que debe ser muy cerrado para suelos
arenosos y mucho ms abierto para el muestreo en suelos
plsticos.
En arenas colocadas bajo el nivel de aguas freticas estas
herramientas no suelen poder extraer muestras y en esos
casos es preferible recurrir al uso de cucharas especiales, de
las que tambin hay gran variedad de tipos. Las muestras de
cuchara son generalmente ms alteradas que las obtenidas
con barrenos helicoidales y posteadoras.Ing. MSc. Luz Marina Torrado GmezIng. MSc. Jos Alberto Rondn.
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PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS
HELICOIDALES O MTODOS SIMILARES.
MUESTRA OBTENIDA
Alterada.
UTILIZACIN DE LAS MUESTRAS
Clasificacin.
DESVENTAJA
En ocasiones se pierde la frontera de lasecuencia estratigrfica.
Posteadora
Barrenos
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3. MTODOS DE LAVADO.
Este mtodo constituye un procedimiento econmico yrpido para conocer aproximadamente la estratigrafa del
subsuelo.
Se usa tambin en ocasiones como auxiliar de avance rpidoen otros mtodos de exploracin.
Las muestras obtenidas en lavado son tan alteradas queprcticamente no deben ser consideradas como
suficientemente representativas para realizar ninguna prueba
de laboratorio.
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MTODOS DE LAVADO.
El equipo necesario para realizar la
perforacin incluye:
Un trpode con polea y martinete
suspendido, de 80 a 150 Kg de
peso, cuya funcin es hincar en el
suelo a golpes el ademe necesario
para la operacin. Este ademe
debe ser de mayor dimetro que la
tubera que vaya a usarse para la
inyeccin del agua.
En el extremo inferior de la tubera
de inyeccin debe ir un trpano de
acero, perforado, para permitir el
paso del agua a presin. El agua
se impulsa dentro de la tubera por
medio de una bomba.Ing. MSc. Luz Marina Torrado GmezIng. MSc. Jos Alberto Rondn.
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MTODOS DE LAVADO.
La operacin consiste en inyectar
agua en la perforacin, una vez
hincado el ademe, la cual forma una
suspensin con el suelo en el fondo
del pozo y sale al exterior a travs del
espacio comprendido entre el ademe y
la tubera de inyeccin; una vez fuera
es recogida en un recipiente en el cual
se puede analizar el sedimento. El
procedimiento debe ir complementado
en todos los casos por un muestreo
con una cuchara del trpano; mientras
las caractersticas del suelo no
cambien ser suficiente obtener una
muestra cada 1,50 m
aproximadamente, pero al notar un
cambio en el agua eyectada debe
procederse de inmediato a un nuevo
muestreo. Ing. MSc. Luz Marina Torrado GmezIng. MSc. Jos Alberto Rondn.
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4. MTODOS DE PENETRACION ESTNDAR. (SPT)
Este procedimiento es, entre todos los exploratorios
preliminares, quiz el que rinde mejores resultados en la
prctica y proporciona ms til informacin en torno al
subsuelo y no slo en lo referente a descripcin.
En suelos puramente friccionantes la prueba permite conocer
la compacidad de los mantos que es la caracterstica
fundamental respecto a su comportamiento mecnico.
En suelos plsticos la prueba permite adquirir una idea, si
bien tosca, de la resistencia a la compresin simple. Adems
el mtodo lleva implcito un muestreo, que proporciona
muestras alteradas representativas del suelo en estudio.
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MTODOS DE PENETRACION ESTNDAR. (SPT)
El equipo consta de un muestreador especial de dimensiones
establecidas. Es normal que el penetrmetro sea de media
caa, para facilitar la extraccin de la muestra.
La utilidad e importancia mayor de la prueba de penetracin
estndar radica en las correlaciones realizadas en el campo y
en el laboratorio en diversos suelos sobre todo arenas, que
permiten relacionar aproximadamente la compacidad, el
ngulo de friccin interna en arenas y el valor de la resistencia
a la compresin simple en arcillas, con el nmero de golpes
necesarios en ese suelo para que el penetrmetro estndar
logre entrar los 30 cm especificados.
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MTODOS DE PENETRACION ESTNDAR. (SPT)
Peso del martillo: 140 librasAltura de cada: 76 centmetrosPenetracin: 3 intervalos de 15 centmetros cada uno (6)N de diseo: Sumatoria de los golpes de los ltimos 30 cm (12) Dimetro ext. del tubo: 50.8 mmDimetro interior del muestreador en la punta: 34.93 mmLongitud del tubo: 75 centmetrosSistema de hincado: Malacate y poleaRechazo: Ms de 50 golpes para 15 centmetros (6)
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MTODOS DE PENETRACION ESTNDAR. (SPT)
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MTODOS DE PENETRACION ESTNDAR. (SPT)
Nmero de penetracin estndar
N
Densidad relativa
%Estado del suelo
0 a 3 0 a 15 Muy Suelto
3 a 8 15 a 35 Suelto
8 a 25 35 a 65 Medio
25 a 42 65 a 85 Denso
42 a 58 85 a 100 Muy denso
Para suelos granulares
(Ref.: Jamiel Kowski y otros, New correlations of penetration tests for design practice Penetration testing, 1988 ISOPT-1, Balkema, 1988).
Nmero de penetracin estndar
NConsistencia
Resistencia a compresin
KPa
0 a 2 Muy blanda 0 a 25
2 a 5 Blanda 25 a 50
5 a 10 Medio firme 50 a 100
10 a 20 Firme 100 a 200
20 a 30 Muy firme 200 a 400
> 30 Dura > 400
Para suelos arcillosos
(Ref.: Braja Das. Principios de ingeniera de cimentaciones, Thomson Editores, Mxico, 1999).
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5. MTODOS DE PENETRACION CNICA
Estos mtodos consisten en hacer penetrar una punta cnica en el
suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece.
Dependiendo del procedimiento para hincar los conos en el terreno,
estos mtodos se dividen en estticos y dinmicos.
En los primeros la herramienta se hinca a presin, medida en la
superficie con un gato apropiado; en los segundos el hincado se
logra a golpes dados con un peso que cae.
En la prueba dinmica puede usarse un penetrmetro atornillando
al extremo de la tubera de perforacin, que se golpea en su parte
superior de un modo anlogo al descrito para la prueba de
penetracin estndar. Es normal usar para esta labor un peso de
63,5 Kg, con 76 cm de altura de cada, o sea la misma energa para
la penetracin usada en la prueba estndar.
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MTODOS DE PENETRACION CONICA
Tambin ahora se cuenta los golpes para 30 cm de penetracin
de la herramienta.
A modo de resumen podra decirse que las pruebas de
penetracin cnica, esttica o dinmica, son tiles en zonas
cuya estratigrafa sea ya ampliamente conocida a priori y
cuando se desee simplemente obtener informacin de sus
caractersticas en un lugar especfico; pero son pruebas de
muy problemtica interpretacin en lugares no explorados a
fondo previamente.
La prueba de penetracin estndar debe estimarse preferible
en todos los casos en que su realizacin sea posible.
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MTODOS DE PENETRACION CONICA
Tipo Dans Tipo Holands
Tipo para ensayo dinmico
Tipo de inyeccin
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1.POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO INALTERADO.
Este mtodo de exploracin ha sido ya descrito por lo que no
se considera necesario describirlo nuevamente. Sin embargo,
es conveniente insistir en el hecho de cuando es factible, debe
considerarse el mejor de todos los mtodos de exploracin a
disposicin del ingeniero para obtener muestras inalteradas y
datos adicionales que permitan un mejor proyecto y
construccin de una obra.
MUESTREO FINAL Y PRUEBAS DE CAMPO (definitivo)
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2 . MUESTREO CON TUBOS DE PARED DELGADA.
Desde luego de ningn modo y bajo ninguna circunstancia
puede obtenerse una muestra de suelo que pueda ser
rigurosamente considerada como inalterada. En efecto,
siempre ser necesario extraer el suelo de un lugar con
alguna herramienta que inevitablemente alterar las
condiciones de esfuerzo de su vecindad; adems, no se ha
encontrado hasta hoy y es dudoso que jams llegue a
encontrarse, un mtodo que proporcione a la muestra, sobre
todo en su cara superior e inferior los mismos esfuerzos que
tena "in situ".
Este tipo de muestreadores no es recomendable para suelos
muy blandos, con alto contenido de agua y arenas, ya que en
ocasiones no logran extraer la muestra, saliendo a la
superficie sin ella.
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MUESTREO CON TUBOS DE PARED DELGADA.
Segn M.J.Hovorslev (inventor ) si se desea un grado de
alteracin mnimo de la muestra, el hincado debe
ejecutarse a presin continuada (sin golpes), con
velocidad constante y para un tubo de cierto dimetro, el
grado de alteracin depende de la RELACIN ENTRE
AREAS (No debe ser mayor de 10%).
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MUESTREO CON TUBOS DE PARED DELGADA.
a) Tipo Shelby b) De pistnc) Dispositivo de hincado por presin de un diferencial
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3. MTODOS ROTATORIOS PARA ROCA.
Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en la
perforacin se hace indispensable recurrir al empleo de
mquinas perforadoras a rotacin, con broca de diamantes o
del tipo cliz.
En las primeras, en el extremo de la tubera de perforacin va
colocado un muestreador especial, llamado de "corazn", en
cuyo extremo inferior se acopla una broca de acero duro con
incrustaciones de diamante industrial, que facilita la
perforacin.
En las segundas, los muestreadores son de acero duro y la
penetracin se facilita por medio de municiones de acero que
se echan a travs de la tubera hueca hasta la perforacin y
que actan como abrasivo.
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MTODOS ROTATORIOS PARA ROCA.
En roca muy fracturada puede existir el peligro que las
municiones se pierdan.
El xito de una maniobra de perforacin rotatoria depende
fundamentalmente de esos tres factores:
Velocidad de rotacin. Presin de agua Presin sobre la broca
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MTODOS ROTATORIOS PARA ROCA.
a) Mquina perforadora b) Muestreador para broca de diamante c) Muestreador tipo cliz d) Algunos tipos de brocas
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BROCAS PARA MTODOS ROTATORIOS
Broca de puntas de Diamante
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BROCAS PARA MTODOS ROTATORIOS
Broca de TungstenoBroca Mano de ngel
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MTODOS GEOFSICOS.
Los mtodos son rpidos y expeditos y permiten tratar
grandes reas, pero nunca proporcionan suficiente
informacin para fundar criterios definitivos de proyecto, en
lo que a la Mecnica de Suelos se refiere.
En el caso de estudios para fines de cimentacin no se puede
considerar que los mtodos geofsicos sean adecuados, pues
no rinden una informacin de detalle comparable con la que
puede adquirirse de un buen programa de exploracin
convencional.
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MTODOS GEOFSICOS.
Los mtodos son rpidos y expeditos y permiten tratar
grandes reas, pero nunca proporcionan suficiente
informacin para fundar criterios definitivos de proyecto, en
lo que a la Mecnica de Suelos se refiere.
En el caso de estudios para fines de cimentacin no se
puede considerar que los mtodos geofsicos sean
adecuados, pues no rinden una informacin de detalle
comparable con la que puede adquirirse de un buen
programa de exploracin convencional.
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1. SISMICA.
Este procedimiento se funda en la diferente velocidad de
propagacin de las ondas vibratorias de tipo ssmico a travs
de diferentes medios materiales.
Las mediciones realizadas sobre diversos medios permiten
establecer que esa velocidad de propagacin vara entre 150 y
2.500 m/seg en suelos, correspondiendo los valores mayores a
mantos de grava muy compactos y las menores a arenas
sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores
para las arcillas duras y menores para las suaves. En roca
sana los valores fluctan entre 2.000 y 8.000 m/seg.
Por la zona a explorar se sitan registradores de ondas
(gefonos), separados entre s. La funcin de los gefonos es
captar la vibracin, que se transmite amplificada a un
oscilgrafo central que marca varias lneas, una para cada
gefono. Ing. MSc. Luz Marina Torrado GmezIng. MSc. Jos Alberto Rondn.
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SISMICA.
El espesor del estrato homogneo se calcula utilizando la
siguiente ecuacin:
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SISMICA.
DOWN HOLE
CROSS HOLEIng. MSc. Luz Marina Torrado GmezIng. MSc. Jos Alberto Rondn.
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2. DE RESISTENCIA ELCTRICA.
Este mtodo se basa en el hecho de que los suelos,
dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menor
resistividad elctrica cuando una corriente es inducida a
travs.
Su principal aplicacin est en el campo de la minera, pero en
mecnica de suelos se ha aplicado para determinar la presencia
de estratos de roca en el subsuelo.
La resistividad elctrica de una zona de suelo puede medirse
colocando cuatro electrodos igualmente espaciados en la
superficie y alineados; los dos exteriores, conectados en serie a
una batera son los electrodos de corriente (medida por un
miliampermetro), en tanto que los interiores se denominan de
potencial de la corriente circulante.
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DE RESISTENCIA ELCTRICA.
El mtodo sirve para:
Medir las resistividades a diferentes profundidades, en unmismo lugar: se logra aumentando la distancia entre
electrodos, con lo que se logra que la corriente penetre a mayor
profundidad.
Medir la resistividad a una profundidad, a lo largo de un perfil:se logra conservando la distancia constante y desplazando
todo el equipo sobre la lnea a explorar.
Las mayores resistividades corresponden a rocas duras,
siguiendo rocas suaves, gravas compactas, etc., y teniendo los
menos valores los suelos suaves saturados.
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DE RESISTENCIA ELCTRICA.
Se mide la resistividad mediante la utilizacin de la siguiente
formula:
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Electrodos de corriente
Diferencia de potencial de corriente
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MAGNTICO Y GRAVIMTRICO.
El trabajo de campo correspondiente a estos mtodos de
exploracin es similar, distinguindose en el aparato usado.
En el mtodo magntico se usa un magnetmetro, que mide la
componente vertical del campo magntico terrestre en la zona
considerada, en varas estaciones prximas entre s. En los
mtodos gravimtricos se mide la aceleracin del campo
gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Valores de
dicha aceleracin ligeramente ms altos que el normal de la zona
indicarn la presencia de masas duras de rocas; lo contrario ser
ndice de la presencia de masas ligeras o cavernas.
En general estos mtodos casi no han sido usados con fines
ingenieriles, dentro del campo de la Mecnica de suelos, debido a
lo errtico de su informacin y a la difcil interpretacin de sus
resultados.Ing. MSc. Luz Marina Torrado GmezIng. MSc. Jos Alberto Rondn.
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IMPLICACIONES DEL CAPTULO H DE LA NSR 10 SOBRE LAS CONSTRUCCIONES
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MAGNITUD DE LA EXPLORACIN GEOTCNICACon el NSR 10 se obliga a realizar una mayor cantidad de sondeos y a
mayor profundidad de lo que se realizaba con la NSR 98
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ANTES DE REALIZAR EL ESTUDIO DE SUELOS SE REQUIERE CONOCER ELPROYECTO ARQUITECTNICO
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SE REQUIERE CONOCER LA EVALUACIN DE LAS CARGAS DE TODOS Y CADA
UNO DE LOS ELEMENTOS DE CIMENTACIN
Antes de realizar el estudio se requiere que el ingeniero estructural hayacalculado las cargas reales incluyendo sismo para poder determinar elnumero y profundidad de los sondeos.
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IMPORTANTSIMO PARA TENER EN CUENTA PARA UN ESTUDIO GEOTCNICO
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Un edificio de 5 pisos con un stano
Profundidad de stano: 3 metros
Categora: media
Numero mnimo de sondeos : 4
Profundidad mnima: 15 metros + 3 = 18 metros
La mitad debe alcanzar esta profundidad
PLANTEAMIENTO : 2 a 18 metros y 2 a 11 metros
EJEMPLO
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DEFINICIN DE UNIDADES DE CONSTRUCCIN
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DEFINICIN DE UNIDADES DE CONSTRUCCIN
Conjunto residencial conformado por Viviendas de dos pisos
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Otro criterio para interpretar:
APLICABLE a materiales A, B, o C
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TAREA
LEER EL CAPTULO H DE LA NSR-10
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GRACIAS