ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS …cecfic.uni.edu.pe/archivos/INTRODUCCIN exploracion...

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  • ESTUDIO DE MECNICA DE SUELOS

    EXPLORACIN GEOTCNICA

    UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

    Facultad de Ingeniera Civil

  • Mecnica de Suelos II Dr. Ing. Zenn Aguilar Bardales

    1

    CONTENIDO

    INTRODUCCIN GENERAL

    METODOLOGA DE UN ESTUDIO GEOTCNICO

    EXPLORACIN DIRECTA DE CAMPO

    EXPLORACIN INDIRECTA A TRAVS DE

    MTODOS GEOFSICOS

    ENSAYOS DE LABORATORIO

    CONCLUSIONES

    2

    3

    4

    5

    6

    //SERVER/JCARDENAS/MARTIN.ppt//SERVER/JCARDENAS/MARTIN.ppt//SERVER/JCARDENAS/MARTIN.ppt
  • Mecnica de Suelos II Dr. Ing. Zenn Aguilar Bardales

    2. METODOLOGA DE UN ESTUDIO GEOTCNICO

    - Reconocimiento geolgico y de sitio:

    interpretacin del origen y formacin

    de suelos, evaluacin geolgica,

    interpretacin de posibles

    condiciones del subsuelo.

    - Planificacin de la exploracin y muestreo:

    permite ubicar y cuantificar el nmero

    de sondajes y optimizar el muestreo.

    - Recopilacin de informacin:

    hidrologa, geologa, sismicidad,

    topografa, etc.

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    - Ejecucin de ensayos de laboratorio:

    para la determinacin de los

    parmetros de los materiales.

    - Ejecucin de la exploracin y muestreo:

    ejecucin de sondajes y obtencin de

    muestras disturbadas e inalteradas.

    - Interpretacin de la investigacin

    geotcnica: evaluacin de los datos de

    campo y laboratorio.

    - Anlisis y diseo geotcnico

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    3. EXPLORACIN DIRECTA DE

    CAMPO

    Exploracin a travs de pozos abiertos y posteadora

    Exploracin con ensayos de penetracin estndar (SPT)

    Exploracin con ensayos de penetracin cono holands (CPT)

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    EXPLORACIN DE CAMPO CON

    CALICATAS Y POSTEADORA

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    - Excavacin manual con pico y lampa

    - Excavacin con equipo mecnico

    EXPLORACIN DIRECTA CON CALICATAS

    Desventaja:

    - Profundidad limitada

    - Paredes inestables ante la presencia de agua

    Ventaja:

    - Extraccin de muestras disturbadas e inalteradas

    - Visualizacin directa de la estratigrafa

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    - Posteadora manual

    - Posteadora mecnica

    EXPLORACIN DIRECTA CON POSTEADORA

    Equipo:

    Tubera, una T y en su parte inferior una mecha

    Ventaja:

    - Auscultacin rpida del terreno

    Desventaja:

    - No se extraen muestras inalteradas

    - Imposible de realizar en arenas limpias secas o saturadas

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    10 cm

    Extensin

    POSTEADOR

    3" - 8"

    Post hole Digger

    O 2" - 3 1/2"

    O 2" - 3 1/2" O 2" - 5 1/2"

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    EXPLORACIN DE CAMPO CON

    ENSAYOS DE PENETRACIN

    ESTNDAR - (SPT)

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    A) GENERALIDADES

    Procedimiento ampliamente utilizado para determinar

    caractersticas de resistencia y compresibilidad de suelos.

    B) PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO

    Ejecucin de la perforacin

    - Con barrenos (posteadora)

    - A rotacin

    - Por lavado wash boring

    Ejecucin del muestreo

    Se realiza con un muestreador de Caa Partida

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    Trpode de tubos

    f 2 1/2

    Manguera

    Mango para rotacin

    parcial de la barra

    Terreno

    Natural

    Soga f 1

    Depsito de

    agua de lavado

    Barra de

    perforacin

    Cincel

    Motor con caja

    reductora Forro

    Bomba

    Polea para la soga

    Elevador

    CINCEL

    RECTO

    BARRA CON

    UNION

    CINCEL DE

    CRUZ

    SOSTENEDOR DE

    BARRAS

    ELEVADOR

    PERFORACIN POR LAVADO WASH BORING

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    Martillo

    Gua de

    hinca

    Cabezal de

    hinca

    Trpode de Tubo de

    dimetro f 2 1/2

    F 1 1/2

    Cuchara

    Cadena de

    fierro

    Gua

    CUCHARA

    F 2 - 4 1/2

    MARTILLO

    ENSAYO DE PENETRACIN ESTNDAR - SPT

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    C) REGISTRO DE PENETRACIN

    Resistencia a la penetracin: golpes necesarios para hincar

    los ltimos 30 cm de un total de 45 cm. Se cuenta el nmero

    de golpes cada 15 cm.

    D) INTERPRETACIN DE RESULTADOS

    La resistencia a la penetracin es un indicador de la

    compacidad de suelos arenosos y un indicador de la

    consistencia y resistencia de suelos cohesivos.

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    Compacidad Relativa de Arenas

    Nmero de Golpes

    Compacidad Relativa

    0 4 Muy suelta

    5 - 10 Suelta

    11 - 30 Medianamente Compacta

    31 - 50 Compacta

    > 50 Muy Compacta

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    Consistencia y Resistencia de Suelos Cohesivos

    Nmero de Golpes

    Consistencia Resistencia a la

    Compresin Simple, qu (kg/cm

    2)

    < 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

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    Correlacin de N (SPT) con la resistencia cortante no drenada

    (Su) de suelos cohesivos de diferentes plasticidades (ref. NAVFAC, 1971)

    Su (tsf)

    25

    20

    15

    10

    5

    1.0

    27

    0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 0.5 3.5

    TERZAGHI

    y PECK

    Arcilla de

    plasticidad media

    Arcilla de

    alta plasticidad

    SOWERS

    arcilla de

    baja plasticidad

    NSPT Rgida

    30

    16

    2

    32

    8

    4

    Dura

    Muy Blanda

    Firme

    Blanda

    Muy

    Dura

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    EXPLORACIN DE CAMPO CON

    ENSAYOS DE PENETRACIN CONO

    HOLANDS - (CPT)

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    A) GENERALIDADES

    - Usado en Europa desde 1920

    - En Estados Unidos desde 1960

    - En el Per desde 1984

    B) DESCRIPCIN DEL EQUIPO

    - Equipo de penetracin esttica

    - Tubera de acero de 1 m y barras slidas interiores

    concntricas (fext=3.6 cm y f int= 1.6 cm)

    - Punta Cnica

    Se transmite la fuerza a travs de las barras interiores y

    esta al cono, midiendo cada 20 cm la resistencia por punta

    y/o friccin.

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    C) PUNTA DE PENETRACIN

    Punta DELFT

    - Punta cnica de 3.6 cm de dimetro y 10 cm2 de rea

    - 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 vstago

    - Se mide la presin que transmite en la punta

    Punta BEGEMANN

    - Punta cnica de 3.57 cm. de dimetro y 10 cm2 de rea

    - Se encuentra montado en un pieza cilndrica deslizante de 11.1 cm

    - Posee una funda de 13.3 cm de longitud y 3.6 cm de dimetro

    - Se mide la presin por punta y friccin

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    3

    Punta Cnica Copla

    Funda cilndrica Barra slida

    Funda de friccin

    2

    3 4 5

    B

    1

    F 35.7 m m

    60

    F 23 m m F 20 m m

    F15

    133 m m 47 m m

    F12.5 m m

    F 30 m m

    A

    F 32.5 m m

    B

    1

    5

    4 POSICION CERRADA

    POSICION EXTENDIDA

    A

    F 36

    265 m m

    69 m m

    2

    ENSAYO DE PENETRACIN CONO HOLANDS

    Esquema de Punta Cnica

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  • Mecnica de Suelos II Dr. Ing. Zenn Aguilar Bardales

    D) DETERMINACIN LA RESISTENCIA

    qc =

    donde :

    Qc = fuerza para hincar el cono en kg

    Ac = rea transversal del cono

    qc = resistencia de la punta

    QC

    Ac

    FC

    Ac

    fs =

    donde :

    Fc = fuerza para hincar el cono y la funda en kg

    AS = rea lateral de la funda

    fS = resistencia por friccin

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    GRFICA DE PENETRACIN ESTTICA

    Resistencia de friccin fs, kg/cm2

    qs

    fs

    20

    2

    30 50 10 60 40 0

    3

    5

    1

    6

    7

    0.6

    4

    1.2 0.2 0.4 0.8 0

    Pro

    fun

    did

    ad

    , m

    Resistencia de punta qc, kg/cm2

    1.0

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    E) CORRELACION CON EL ENSAYOS DE PENETRACION

    ESTANDAR

    Tipos de Suelos qc/N

    Limos, limos arenosos, mezclas de limo

    arena-arena ligeramente cohesiva 2.0

    Arenas limpias a medias y arenas

    ligeramente limosa 3.5

    Arenas gruesas y arenas con algo de

    grava 5

    Gravas arenosas y gruesas 6

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

    FACULTAD DE INGENIERIA CIVILCISMID - LABORATORIO GEOTECNICO

    REGISTRO DE SONDAJES

    SolicitadoProyectoUbicacin Cota Superficial

    Operador

    Revisado

    Fecha Profundidad N.F.(m)Profundidad Total (m)

    Ensayo de Penetracin

    Grfica de N

    Estndar

    N golpes/30 cm.

    ::::

    ::

    :

    :

    :

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    4. EXPLORACIN INDIRECTA A TRAVS DE

    MTODOS GEOFSICOS

  • Mecnica de Suelos II Dr. Ing. Zenn Aguilar Bardales

    EXPLORACIN

    GEOFSICA

    GRAVIMTRICO

    MAGNETOMTRICO

    SISMOLGICO

    ELCTRICO

    GEOTRMICO

    RADIOACTIVO

    DIRECTA

    V1

    V2

    i r

    REFRACTADA

    ic ic

    REFLEXIN

    SSMICA

    REFRACCIN

    SSMICA

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    Mtodos Geofsicos Ssmicos

    Ensayos de Reflexin y Refraccin Ssmica

    Ensayos down hole, up hole y cross hole

    Ensayos de vibracin superficial (ondas Rayleigh)

    Ensayo con el Cono Ssmico

    Ensayo con la Sonda de Suspensin

    Medicin de Microtrepidaciones

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    MTODO DE REFRACCIN SSMICA

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    ENSAYO DE REFRACCIN SSMICA

    Determinacin de Perfiles Ssmicos del Subsuelo

    Medicin de Velocidades de Propagacin de las Ondas

    P y en algunos casos de las Ondas S.

    Determinacin de los Parmetros Dinmicos del Suelo

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    Ensayo de refraccin ssmica

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    Unidad de Adquisicin y Procesamiento de Datos

    (Ensamblado final)

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    Gefono vertical y cable conductor de seales

    para realizar ensayos de refraccin ssmica y

    ensayos en pozo abierto de poca profundidad

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    FUNDAMENTO TERICO

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    Disparo

    Frente de Ondas

    t1 t2

    t3 t4

    t5 t6 t7 t8

    Xc

    Posiciones del Frente de Ondas en un Medio de

    Dos Estratos a tiempos t1, t2,...

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    Ley de Snell

    Cuando la onda ssmica alcanza la frontera

    entre dos materiales de distinta velocidad

    ssmica, las ondas se reflejan y se refractan.

    Cuando el ngulo de incidencia iguala al ngulo

    crtico en la frontera, la onda refractada se

    mueve a lo largo de la frontera entre los dos

    materiales, transmitiendo energa de nuevo a la

    superficie.

    Esta frontera es llamada un refractor.

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    Refraccin de Trayectoria de los Rayos a Travs de

    una Frontera entre Dos Medios Elsticos

    a

    Estrato 1

    Velocidad = V1

    Velocidad = V2

    Estrato 2

    Angulo Crtico

    de Incidencia

    r

    a =

    Fuente

    i

    sen i V1

    sen r V2 =

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    DIRECTA

    V1

    V2

    i r

    REFRACTADA

    ic

    ic

    Parmetros:

    - Tiempo de inicio del movimiento ssmico (tiempo cero) - Distancia entre el punto de impacto y el sensor - Primer arribo de energa ssmica que llega a los sensores

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    PROCEDIMIENTO DEL

    ENSAYO

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    ENSAYO DE REFRACCIN SISMICA

    PLANEACIN

    OPERACIN Y

    OBSERVACIN

    DE CAMPO PREPARACION

    DE LOS DATOS

    INTERPRETACION

    DE RESULTADOS

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    OPERACIN Y OBSERVACIN DE CAMPO

    DETERMINACIN DE LA LONGITUD DE TENDIDO

    DETERMINACION DE LA GEOMETRA DE LOS PUNTOS DE IMPACTO

    L

    h L > 4h - 3h

    1

    shot shot shot shot shotshot

    L/2 L/2 L/2 L/2

    L

    e : espaciamiento entre gefonos

    shot

    2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

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    INTERPRETACIN DE

    RESULTADOS

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    Caso Simple de Dos Estratos con Lmites Planos y Paralelos

    Curva Tiempo - Distancia Correspondiente

    D1

    =XC

    2

    2V 1V-

    V2V + 1

    DISTANCIAT

    IEM

    PO

    TIEMPO DE

    INTERSECCION,

    DISTANCIA CRITICA, X C

    v1

    1

    2v

    1

    Ti

    DISPARO

    E

    F G

    H

    D 1a

    SIN = av1

    2

    v(

    1v

    2v

    t

    X

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    APLICACIONES

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    Determinacin de la superficie de deslizamiento

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    PERFIL ESTRATIGRAFICO

    Puente Santo Cristo : Lnea 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)

    Co

    ta (

    m.s

    .n.m

    ) shot

    terreno

    estrato 1

    estrato 2

    01 02

    03 07 04 06 05

    roca poco alterada

    roca fracturada o muy alterada

    material aluvional

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    VENTAJAS

    Permite cubrir rpidamente grandes reas 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.

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    VALORES PROMEDIOS DE Vp SEGN LA NORMA ASTM-D5777

    Descripcin

    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 metamrfica

    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

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    ENSAYO DOWN HOLE

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    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

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    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

    20 20.3 20.8

    Pro

    fun

    did

    ad

  • Mecnica de Suelos II Dr. Ing. Zenn Aguilar Bardales

    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

    20 20.3 20.8

    Pro

    fun

    did

    ad

    (m

    )

    (Ondas S)

    Registros de

    Ondas S

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    Determinacin de Propiedades Dinmicas

    de los Materiales.

    r = 0.2 Vp 0.25

    n = (Vp /Vs )

    2 - 2

    2 ((Vp /Vs )2 - 1)

    Ed = 2 (1 + n )G

    Gd = r Vs 2

    Donde:

    r = densidad volumtrica.

    n = relacin de Poisson.

    Gd = mdulo de corte.

    Ed = mdulo de Young.

  • Mecnica de Suelos II Dr. Ing. Zenn Aguilar Bardales

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

    Tiempo de Viaje ( x 10 ) sec.-2mTipode

    Suelo

    Valor de N

    10 20

    580 210

    100

    140

    120

    195

    150

    155msec

    Vs =

    1.35 mm

    Vp =

    1300 msec

    1890

    Owi IslandN1Tokyo

    C2Bay5

    10

    15

    20

    Ejemplo de Prospeccin de velocidades por el mtodo Downhole