Ensayos in situ (Directos)

Transcripción

1 Ensayo in situ (M. Directo) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Ensayos in situ (Directos) Son ensayos que se realizan en el sitio, y que califican el suelo de una forma directa, el más destacado es: Ensayo de penetración estandar (SPT): Este ensayo fue originalmente creado para encontrar el grado de compacidad de las arenas, y con correlaciones encontrar la capacidad mecánica de la misma. A traves de los años se ha estendido a otro tipos de suelos.

2 Ensayo de penetración estandar (INV-111) El ensayo básicamente consiste en contar el numero de golpes que se requiere para hincar en el terreno un muestrador o tubo partido 30 cm (1pie=12 pulg), con un martillo de 63.5 kg (140 libras) con una altura de caida de 0.76m (30 pulg)

3 Procedimiento Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

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5 Rechazo: Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco -Mas de 50 golpes son requeridos en 15cm -Mas de 100 golpes son obtenidos en los 30 cm - 10 golpes o mas no producen avance.

6 Lo que obtengo del ensayo es N, que es el numero de golpes que obtuve para hincar el tubo en el suelo, este valor mediante correaciones me ayudara a encontrar varios parametros del suelo. No de golpes Densidad Relativa 0-4 Muy suelta 4-10 Suelta Mediana Densa >50 Muy Densa Suelos no cohesivos Suelos cohesivos No de golpes Consistencia < 2 Muy blanda 2-4 blanda 4-8 Media 8-15 Firme Muy firme > 30 Dura Con N tambien encontramos lo que son los parametros de resistencia mecánica del suelo, c u y φ. Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

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8 Algunos autores (Braja M. Das), plantean para suelos cohesivos: Cu = KN donde K varia de 3.5KN/m 2-6.5KN/m 2 Adicionalmente a esto se han planteado correciones al valor de N obtenido en campo, para obtener un valor de N corregido, de acuerdo a la sensitividad de suelos cohesivos, y en general por: - Presión de sobrecarga - Relación de energías de martillo - Longitud de barras de perforación - Existencia o no de revestimiento en la perforación - Diametro de la perforación - El estado de humedad del suelo

9 Más correlaciones N CONSISTENCIA IDENTIFICACION EN EL CAMPO Psat ( Kn/m 3 ) qu ( KPA) <2 Muy blanda Penetrable fácilmente varios centímetros con el puño < Blanda Penetra fácilmente el pulgar varios cm Media Se requiere un esfuerzo moderado para penetrar varios cm con el pulgar Rigido Se identifica fácilmente con el pulgar Muy Rigido Se identifica con la uña del pulgar >32 Duro Difícil de rayar con la uña del pulgar >400 COMPACIDAD Muy suelto Suelto Medianamente duro Denso (compacto) Muy denso DENSIDAD RELATIVA (Dr) < N (SPT) < > 50

10 (Hunt, 1984) material compacidad Dr (%) N(1) Densidad seca Indice de poros (e) Angulo friccion interna GW Densa Medianamente densa suelta < GP Densa Medianamente densa suelta < SW Densa Medianamente densa suelta < SP Densa Medianamente densa suelta < SM Densa Medianamente densa suelta < ML Densa Medianamente densa suelta <

11 Correciones Aunque se denomina "estándar", el ensayo tiene muchas variantes y fuentes de diferencia, en especial la energía que llega al toma-muestras, entre las cuales sobresalen (Bowles, 1988): 1. Equipos producidos por diferentes fabricantes 2. Diferentes configuraciones del martillo de hinca, de las cuales tres son las más comunes a) El antiguo de pesa con varilla de guía interna b) El martillo anular ("donut") c) El de seguridad 3. La forma de control de la altura de caída: a) Si es manual, cómo se controla la caida b) Si es con la manila en la polea del equipo depende de: el diámetro y condición de la manila, el diámetro y condición de la polea, del número de vueltas de la manila en la polea y de la altura c) Si hay o no revestimiento interno en el toma-muestras, el cual normalmente no se usa. 4. La cercanía del revestimiento externo al sitio de ensayo, el cual debe estar alejado. 5. La longitud de la varilla desde el sitio de golpe y el toma-muestras. 6. El diámetro de la perforación 7. La presión de confinamiento efectiva al toma-muestras, la cual depende del esfuerzo vertical efectivo en el sitio del ensayo.

12 Correciones Para casi todas estas variantes hay factores de corrección a la energía teórica de referencia (Er) y el valor de N de campo debe corregirse de la siguiente forma (Bowles,1988): N corregido = N x C N x η 1 x η 2 x η 3 x η 4 donde: N corregido = valor de N corregido N = valor de N de campo C N = factor de corrección por confinamiento efectivo η 1 = factor por energía del martillo (0.45 h1 1) η 2 = factor por longitud de la varilla (0.75 h2 1) η 3 = factor por revestimiento interno de tomamuestras (0.8 h3 1) η 4 = factor por diámetro de la perforación ( > 1 para D> 5'", = 1.15 para D=8")

13 Correciones C N, Ajuste por la presión efectiva calculada (p 0) [kpa] CN = ' p η 1, factor que corrige la energía entregada y la energía teórica de de 475J Aspecto η1 Martillo de seguridad 0.60 Según Bowles 0.70 Cuando es martillo tipo donut 0.45

14 Correciones η 2, factor por longitud de las barras de perforación, se basa en que N es muy alto antes de 10 metros de perforación Longitud barras perforación (m) η2 > 10m η 3, factor por caracteristicas de revestimiento o no en la perforación Condición η3 Sin revestimiento 1.00 Con rev. Arena densa, arcilla 0.80 Con rev. Arena suelta 0.90 η 4, factor por el diametro de la perforación Diametro de la perforación (mm) η

15 Ensayo in situ (M. Indirecto) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Ensayos in situ (Indirectos) Son ensayos que se realizan en el sitio, califican la propiedad del suelo de una forma indirecta, los más destacado son: - Ensayo de veleta - Penetración de cono estática - Penetración de cono dinámica - Prueba del presurimetro - Prueba del dilatometro - Métodos Geofisicos

16 Prueba de la veleta (INV E-170) Objetivo: Determinar en campo los parametros de resistencia del suelo al corte en condiciones no drenadas. (c u cohesion no drenada) Equipo: - Veleta para ensayo de corte in situ Muestra: in situ.

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19 - Procedimiento: Se inca la veleta a la profundidad deseada Para hacer esto se realiza un sondeo el cual se profundiza hasta aproximadamente un metro menos a la profundidad a la que se desea realizar el ensayo, se limpia el pozo y se introduce la veleta empujandola con cuidado hasta la profundidad deseada. Se aplica el torque o la torsión en el extremo superior del vástago hasta que el cilindro del suelo formado en el perímetro de la veleta de corte, se recomienda utilizar una velocidad de corte de grados por minuto. El momento máximo que se aplica antes de la falla es igual al momento resistente generado a lo largo de la superficie cilindrica que pasa por los extremos de las aspas de la veleta y a lo largo de los planos horizontales que corresponden a la parte superior e inferior de ellas.

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21 Calculos prueba veleta La resistencia al corte del suelo no drenado, o la cohecion no drenada (c u ) se obtiene de la siguiente expresión: c u = M K M: momento máximo o torque aplicado al mometo de la falla. K: (cm3/seg), constante del aparato y viene dada en función de las dimensiones y de la forma de la veleta.

22 Constante K = = d c d M d h c d M u RB u RL π π RB RL máx M M M + = + = d h d M c máx u π

23 Correción de la resistencia obtenida Como los vaores de c u difieren de los obtenidos de los resultados de ensayos realizados en laboratorio, se hace una correción para utilizarlo en diseño: c u ( diseño) = λc ( veleta) u

24 Curva propuesta por Bjerrum (1972) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

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26 Ensayo in situ (M. Indirecto) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Tarea Exposición - Ensayo de penetración de cono - Penetración de cono estática - Penetración de cono dinámica

27 Ensayo in situ (M. Indirecto) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Prueba del presurimetro El presurimetro es un equipo que permite conocer la resistencia de los suelos a la deformación en el sitio. Desarrollada por Menard (1956, Francia). Adoptada por la ASTM con la designación 4719.

28 Ensayo in situ (M. Indirecto) El equipo, está compuesto por las siguientes partes: La sonda que se introduce en la perforación está compuesta por tres celdas. Solamente la celda central sirve para tomar medidas, las otras dos celdas están destinadas a crear un campo de esfuerzos en deformaciones planas en toda la altura de la celda de medición. Dimensiones para los diámetros de la muestra y del barreno recomendado por la ASTM, La sonda mas usada tiene un diámetro de 58 mm y una longitud de 420 mm y la celda central tiene un volumen de 535 cm³ DIAMETRO DE LA MUESTRA (mm) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco NOMINAL (mm) DIAMETRO DEL BARRENO MAXIMO (mm)

29 El controlador de presión y volumen. Consta de tres manómetros que indican la presión a la salida del tanque de gas, en la tubería que llega a la celda de medición y en las celdas secundarias; y una bureta que mide el volumen de agua inyectado a la celda de medición. La tubería de conexión que permite la circulación de los fluidos entre el panel de control y la sonda. El tanque de gas comprimido. Provee la presión al sistema.

30 El ensayo: Para realizar el ensayo se deben seguir los siguientes pasos: -Realización de la perforación. - Ensamblaje del presurímetro de Menard. - Verificación de la presencia de burbujas de aire en el interior del sistema, así como de goteras. - Realización de las calibraciones por resistencia de membrana y por compresibilidad del sistema.

31 El ensayo consiste en introducir la sonda en el interior de una perforación realizada previamente, con el fin de poder tomar datos de variación de volumen o deformaciones volumétricas, y de las presiones aplicadas necesarias para lograr dicha deformación. Una vez se introduce la sonda, se aumenta la presión en incrementos constantes y se toman los datos de volumen inyectado. Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

32 Curvas típicas Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

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34 Obtención de párametros mécanicos del suelo El módulo del presurimetro Ep, del suelo se determina usando la teoría de la expansión de un cilindro infinitamente grueso. Ep = 2(1 + µ )( Vo + (( vo + vf ) / 2)( p / v) µ= Relación de poisson Vo = Volumen inicial de la celda de medición v₀ = pequeño cambio de volumen, para recargar el suelo a su estado original. Vf = volumen final

35 Correlaciones KULHAWY y MAINE (1990) propusieron Pc : 0.45 P1 Donde Pc : es la presión de pre- consolidación BAGUELIN y otros propusieron la correlación: Cu : (P1 P0) / Np Donde Cu : resistencia al cortante no drenada de una arcilla Np: 1+ ln(ep/ 3Cu) Los valores típicos de Np varían entre 5 12 con un valor promedio de aproximadamente 8.5 Otros autores correlacionaron Ep con el número de golpes obtenido de una prueba de penetración estándar para arenas y arcillas Arcilla: Ep: 1930*N^0.63 Arena: Ep: 908*N^0.66

36 Ensayo in situ (M. Indirecto) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Prueba del dilatometro (Marchetti)

37 Ensayo Dilatomètrico de Marchetti Consiste en introducir en el terreno la cuchilla del DMT mediante empuje Hidráulico o Dinámico, parando a intervalos de profundidad de 150 mm. (DMT) Paleta Dilatométrica Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

38 Esquema del ensayo DMT EQUIPO Unidad de control Hinca del dispositivo

39 Calibrado de las membranas Las lecturas de presión de campo A (presión para levantar la menbrana) y B (presión a la que la membrana se expande 1.1mm (0.4 )) deben ser corregidas por los efectos de la rigidez propia de la membrana para determinar las presiones p 0 y p 1 : p p = 1.05( A + A Z = B + B ) 0.05( B B 0 m m 1 Z m A: Presión respecto al vacío requerida para mantener la membrana en contacto con su asiento. B: Presión de aire requerida dentro de la membrana para desviarla hacia fuera a una expansión central de 1.1.mm Z m : Desviación de la presión manométrica desde cero, cuando esta ventilada, a la presión atmosferica. Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Z )

40 PARAMETROS DMT ID : Material Index, relacionado con el tipo de suelo. KD : Horizontal Stress Index, relacionado con la razón de Sobreconsolidación del suelo (OCR). ED : Dilatometer Modulus, determinado a partir de la Teoría de la Elasticidad.

41 ID : Indice del Material o Tipo de Suelo ID = (P1 Po)/(Po-Uo) = P / (Po-Uo) El ID puede clasificar a un suelo arcilloso como limoso o viceversa. Una mezcla de arcillas y arenas podría ser clasificada como un limo.

42 De acuerdo a Marchetti (1980), el tipo de suelo se identifica como: Arcilla 0.1 < ID < 0.6 Limo 0.6 < ID < 1.8 Arena 1.8 < ID < (10)

43 KD : Horizontal Stress Index KD = (Po-Uo)/σ vo, donde σ vo es la tensión efectiva vertical. El valor de KD en arcillas NC es: KD,NC = 2 oscilando entre 1.8 y 2.3

44 ED : Modulo DMT Se obtiene a partir de la Teoría de la Elasticidad: ED = 34.7 P

45 Parámetros obtenidos del Dilatometro Ábaco para determinar el tipo de suelo y peso específico relativo (Marchetti y Crapps, 1981) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

46 GRADO DE SOBRECONSOLIDACIÓN (OCR) Para arcillas N.C: Para arcillas S.C: no se ha observado una única relación entre K D y OCR. Cuando K D =2, OCR=1.0 figura para I D <1.2

47 Correspondencia de KD=2 para OCR

48 Para arenas: M DMT es el módulo confinado determinado a partir de E D q c es determinado por el CPT Valores de según Marchetti (2001) para: arenas/limos NC: entre 5-10 arenas/limos SC: entre 12-24

49 COEFICIENTE DE EMPUJE EN REPOSO (Ko) Marchetti propuso: en 1980, una relación para arcillas NC:

50 En 1985, dos relaciones para arenas: La ISSMGE recomienda para : para depósitos arenosos antiguos para depósitos arenosos recientes Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

51 PARÁMETROS RESISTENTES Cohesión no drenada Cu (arcillas) Marchetti (1980):

52 Ángulo de fricción (arenas): 1ER. MÉTODO: Schemertmann, : basado en resultados de ensayos en cámara de calibración (CC) y relaciona Ko, K D y Φ. Se determina Ko (si es arcilla NC o arena) Se utiliza el siguiente ábaco para estimar Φ a partir de Ko y q c

53 Ábaco compilado por Marchetti en 1985 Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

54 2DO. MÉTODO: (Marchetti,1997): ecuación conservadora y solo debe aplicarse si no se dispone de otra información más precisa.

55 PARÁMETROS DE DEFORMACIÓN (M) El factor de correlación R M se calcula: R M oscila entre 1 y 3 Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

56 Ejemplos de resultados en arcillas sobreconsolidadas Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

57 Ejemplos de resultados en sedimentos deltaicos del rió Llobregat Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

58 Resumen de formulaciones de interpretación del ensayo DMT (Marchetti, 2001) Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

59 Aplicaciones de interés Detección de superficies de rotura en taludes de arcillas NC. Método DMT-KD para detectar superficies de rotura en taludes arcillosos OC Control de asentamiento

60 Ensayos DMT antes y después de un tratamiento de vibrocompactación, Van Impe et al., 1994 Razón α = MDMT/qc antes y después de una compactación dinámica en un relleno arenoso suelto (Jendeby,1992)

61 Control de compactación de terraplenes Existe bastante experiencia en el uso del DMT para evaluar la idoneidad de compactación de subbases de terraplenes. Ejemplo de perfil de aceptación MDMT para control de subbases. Marchetti, 1994

62 Métodos Geofisicos Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Metodos Geofisicos Son métodos principalmente no intrusivos, buscan determinar a una escala mayor la estratigrafia del suelo y algunas de sus caracteristicas, entre ellos se encuentran: - Geoelectricicad (sondeo electrico vertical) -Georadar - Refracción y reflexión sísmica - Gravimetría

63 Métodos Geofisicos Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Geoelectricicad (sondeo electrico vertical)

64 RESISTIVIDAD ELECTRICA La resistividad eléctrica ρ de un material describe la dificultad que encuentra la corriente a su paso por él. De igual manera se puede definir la conductividad σ como la facilidad que encuentra la corriente eléctrica al atravesar el material. La resistencia eléctrica que presenta un conductor homogéneo viene determinada por la resistividad del material que lo constituye y la geometría del conductor. Para un conductor rectilíneo y homogéneo de sección s y longitud l la resistencia eléctrica es: La unidad de resistividad en el Sistema Internacional es el ohm por metro (Ω m). Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

65 VALORES DE RESISTIVIDAD Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

66 Las diferencias entre los distintos métodos de resistividad vienen dadas por la distinta disposición geométrica, entre un método y otro, de los electrodos. METODO DIPOLO DIPOLO En la Figura se ilustra la disposición de electrodos en el método Dipolo-Dipolo, Dipolo, que consiste en mantener fija la separación entre electrodos pero moviendo todo el conjunto sobre el área de interés para detectar los cambios laterales de resistividad que puedan existir en un espesor determinado de terreno

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68 Resistivímetro con selector de electrodos, una de las bobinas multicable y la alimentación externa mediante batería Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

69 REALIZACIÓN DE UNA TOMOGRAFÍA ELÉCTRICA DE MUY ALTA RESOLUCIÓN CON 0.5 M DE SEPARACIÓN ENTRE ELECTRODOS Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

70 Perfil obtenido con SEV Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

71 IMAGEN DE RESISTIVIDAD VERDADERA (INVERSIÓN CON 5 ITERACIONES), Y CORRECCIÓN TOPOGRÁFICA

72 Métodos Geofisicos Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Georadar GPR (Ground Penetrating Radar)

73 EL GEORADAR Es un sistema basado en la emisión y recepción de ondas electromagnéticas en el suelo y capaz de producir una imagen de los elementos que hay bajo el mismo, así como la posibilidad de deducir el tipo de material que tenemos bajo nuestros pies. Se trata de una técnica de aplicación en estudios geofísicos, geológicos, ingenieriles.

74 CARACTERISTICAS Es un metodo NO destructivo Investigaciones poco profundas para una alta resolución y alta precisión De fácil manejo y aplicación NO contacto físico directo

75 Componentes Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

76 ANTENAS La profundidad depende del tipo de ANTENAS Actúan como un transductor electromagnético. Captan la energía reflejada y transformada en pulsos eléctricos.

77 ADQUISICIÓN DE DATOS MONOESTATICO BIESTATICO

78 METODOS PUNTUAL

79 METODOS PERFILES

80 METODOS PUNTO MEDIO COMUN

81 PROCESAMIENTO DE DATOS Y RESULTADOS

82 TABLA DE CORRELACIONES Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

83 APLICACIONES Obtención de cortes estratigráficos Determinación de espesores en firmes Localización de cavidades bajo superficies rígidas Localización de tuberías de servicios y cables enterrados en medios urbanos Prospección de yacimientos arqueológicos y zonificación de áreas contaminadas

84 Métodos Geofisicos Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Refracción y reflexión sísmica Originalmente fueron desarrollados como unos métodos efectivos para la prospección del petróleo y otros depósitos de minerales. Después de la segunda guerra mundial se empezaron a utilizar para estudiar terrenos montañosos (rocosos) para la construcción de represas y túneles.en la década 1970, se empezaron a aplicar estos métodos para el estudio de suelos blandos, en el campo de la ingeniería, en áreas aluviales y depósitos sedimentarios. Actualmente estos métodos son empleados para investigar además de los recursos minerales, la estructura geológica superficial de los suelos y tienen aplicaciones específicas en el campo de la ingeniería civil.

85 Funcionamiento Medición de el tiempo de propagación de ondas, transcurrido entre un sitio donde se generan ondas sísmicas y la llegada de éstas a diferentes puntos de observación. Para ello se dispone una serie de sensores en línea recta a distancias conocidas, formando lo que se conoce como tendido sísmico(línea de refracción o de reflexión sísmica). A una distancia conocida del extremo del tendido, en el punto de disparo, se generan ondas sísmicas, (con la ayuda de un martillo o con una detonación de explosivos), las cuales inducen vibraciones en el terreno que son detectadas por cada uno de los sensores en el tendido. El equipo básico consiste de los sensores (geófonos); la unidad de adquisición, en donde se almacenan los movimientos del terreno detectados por cada sensor; y los cables de conexión entre los sensores, ademas del elemento que genera el disparo.

86 GEOFONOS El geófono es la unidad en contacto directo con la superficie terrestre, que convierte el movimiento de la tierra generado por un tiro por ej. en señales eléctricas. Casi todos los geófonos empleados para la prospección sísmica a partir de la superficie terrestre firme son de este tipo electromagnético. Las señales se introducen en un sistema instrumental, que entrega la presentación de la información geológica del subsuelo como producto final. Usualmente esta presentación es una sección por el subsuelo a lo largo de un perfil, que se basa en los datos detectados y corregidos. Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

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88 REFRACCION La refracción sísmica está basada en la observación de los tiempos de llegada de los primeros movimientos del terreno en diversos sitios, generados por una fuente de energía específica en un sitio determinado. Los movimientos posteriores son descartados. Los registros de cada sensor tienen información de los movimientos del terreno en función del tiempo y son conocidos como sismogramas. Estos son analizados en la refracción sísmica para obtener el tiempo de llegada de las primeras ondas a cada sensor desde el punto de disparo, y en la reflexión para obtener información de las ondas que son reflejadas en las diferentes interfaces de suelo.

89 METODO ABC La profundidad vertical con respecto al disparo C se calcula del modo siguiente: hc = 1/2 (tca + tcb - tab) [ (v1 v2)/(v22 - v12)]1/2 donde hc = profundidad al lecho rocoso desde el disparo C medido verticalmente con respecto a la interfase situada entre el recubrimiento y el lecho rocoso. tca, tcb, tab = tiempos de viaje de superficie a superficie de un disparo al otro. v1 = velocidad del recubrimiento. v2 = velocidad correspondiente al lecho rocoso.

90 CURVA TIEMPO-DISTANCIA Para tener información mas detallada del subsuelo a analizar, se realizan tendidos de refracción conjugados, llamados tendido directo, reverso e intermedio. En el primero el punto de disparo se ubica en un extremo del tendido a una distancia conocida, mientras que en el segundo el punto de disparo se ubica al otro extremo del tendido. Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

91 REFLEXION El análisis está basado en la energía de las vibraciones después de iniciado el movimiento del suelo. Específicamente se concentra en los movimientos del terreno inducidos por la reflexión de las ondas, en las diferentes interfaces de capas, que han sido generadas en un sitio específico. En la reflexión se extrae información del subsuelo estudiando la amplitud y forma de los movimientos del terreno.

92 MÉTODO DE LA TANGENTE Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

93 La onda directa se propaga a partir de la fuente de ondas sísmicas en el medio superior con la velocidad uniforme v1. La onda reflejada se engendra por la reflexión de la onda directa incidente en la interfase entre medio 1 y medio2 y se propaga con la velocidad v1. Una porción de la onda incidente en la interfase entre medio 1 y medio 2 pasa por la interfase y se refracta. La onda refractada se propaga en el segundo medio con la velocidad v2. A través de los datos entregados por las reflexiones sísmicas se puede construir el horizonte de reflexión que corresponde a un cambio de materiales. Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

94 TIPOS DE ONDAS ONDAS P U ONDAS LONGITUDINALES U ONDAS DE COMPRESIÓN Las partículas de una onda p, longitudinal o de compresión oscilan en la dirección de propagación de la onda. Las ondas p son parecidas a las ondas sonoras ordinarias. Las ondas p son más rápidas que las ondas s o es decir, después un temblor en un observatorio primeramente llegan las ondas p, secundariamente las ondas s. ONDAS S U ONDAS TRANSVERSALES U ONDAS DE CIZALLA Las partículas de una onda s, transversal o de cizalla oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación.

95 MEDIO VELOCIDAD DE LA ONDA PRIMARIA (VP) EN M/ SEG. VELOCIDAD DE LA ONDA SECUNDARIA (VS) EN M/SEG. Granito Basalto Calizas Areniscas

96 Métodos Geofisicos Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco Gravimetría La gravimetría es un método muy importante en la búsqueda de depósitos minerales. Este método aprovecha las diferencias de la gravedad en distintos sectores. Grandes cuerpos mineralizados pueden aumentar la gravitación en una región determinada porque rocas de mayor densidad aumentan la aceleración

97 HISTORIA El método gravimétrico fue aplicado inicialmente en la prospección petrolífera en los Estados Unidos y en el golfo de México con el objetivo de localizar domos de sales, que potencialmente albergan petróleo. A finales del siglo 19 el húngaro Roland von EÖTVÖS desarrolló la balanza de torsión.

98 En 1915 y 1916 se emplearon la balanza de torsión de EÖTVÖS en el levantamiento de la estructura de un campo petrolífero ubicado en Egbell en la Checoslovaquia antigua. En 1917 SCHWEIDAR levantó un domo de sal por medio de una balanza de torsión y la estructura deducida y predicha a partir de esos estudios fue confirmada luego por sondeos.

99 METODOS MAGNETICOS Y GRAVIMETRICOS El objetivo principal de la gravimetría es medir anomalías en el campo gravitatorio de la Tierra causadas por cambios de densidad entre distintos materiales. Los datos de campo deben ser corregidos respecto a puntos de referencia de conocida gravedad. La correcciones serán respecto al tiempo, altura topográfica, posición geográfica, mareas y cercanía a grandes masas de roca.

100 GRAVIMETRIA DEFINICION: La gravimetría es un método analítico Cuantitativo, es decir que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de la misma (por acción de la gravedad). Estudiando principalmente la atracción entre los cuerpos, especialmente la relacionada con la Tierra, Geofísica, Geodesia y Geodinámica. También la medida del peso de un cuerpo, un campo gravitacional o densidad Terrestre, Marina, Aérea Satélite Planetas.

101 UNIDADES La Unidad del Sistema Internacional para la aceleración de la gravedad es m/s2. Tradicionalmente "g" ha sido medida en GAL (en honor a Galileo Galilei) y miligal, siendo su equivalente: gal = 1 cm s-2. La palabra gal se deriva de Galileo pero no es una abreviatura y su notación es una g pequeña.

102 PRINCIPIO: Se basa en la ley gravitatoria de Newton. La fuerza total, que actúa en el cuerpo, es igual al producto de su masa m y de la aceleración de gravedad g. Por consiguiente la atracción gravitatoria en cualquier lugar de la superficie terrestre tiene numéricamente el mismo valor como la fuerza gravitatoria ejercida a una masa unitaria en el mismo lugar.

103 La aceleración de la gravedad g se debe a la aceleración gravitatoria, que la tierra ejerce en cada cuerpo, menos la fuerza centrífuga causada por la rotación de la tierra y dirigida en dirección perpendicular al eje de rotación de la tierra y hacia fuera. Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

104 APLICACIONES Las aplicaciones de la Gravimetría son entre otras las siguientes: Geodésicas. Geofísicas. Geodinámicas Metrológicas Minería Geotecnia Medioambiente

105 GEODESICAS En estas podemos englobar la determinación de las altitudes geopotenciales, que representan la forma real de la Tierra y la definición de la forma real de las superficies de nivel, en particular el geoide y la curvatura del campo de la gravedad.

106 GEOFISICAS Incluyen el estudio de la distribución y composición de las masas en superficie (variaciones de densidad lateral y en profundidad) y en el interior de la Tierra (resto de corteza y manto) a partir del estudio de anomalías de la gravedad con respecto a un patrón normal en el terreno y su interpretación geofísica. Se puede deducir también una interpretación de procesos tectónicos, investigación de terremotos (Sismología y Vulcanología), así como de la isostasia terrestre

107 MINERIA Localización de yacimientos de minerales metálicos Localización de yacimientos de minerales no metálicos.

108 GEOTECNIA Modelización del substrato rocoso. Detección de cavidades. MEDIOAMBIENTE Caracterización de vertederos.

109 METODO GRAVIMETRICO En los métodos gravimétricos se mide la aceleración del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Valores de dicha aceleración ligeramente más altos que el normal de la zona indicarán la presencia de masas duras de rocas; lo contrario será índice de la presencia de masas ligeras o cavernas y oquedades.

110 PROCEDIMIENTO: Escoger un área de trabajo, preferentemente una zona mineralizada. Trazar un perfil de una longitud del orden de 500 m y señalar estaciones a cada 20 m.

111 EQUIPO A EMPLEAR: Magnetómetro de presesión nuclear Gravímetro Posicionador GPS Brújula de campo Cinta métrica de 50 m Estacas y pintura Vehículo para transporte de equipo y personal.

112 EL GRAVÍMETRO Todo dispositivo que sirva para medida de la gravedad o variaciones del campo gravitacional de la Tierra, útil en prospección para minerales y petróleo. El gravímetro se constituye de un peso suspendido de un resorte. Por variaciones en la aceleración gravitatoria de un lugar al otro el resorte principal se mueve y puede ser vuelto a su posición de referencia por medio de un movimiento compensatorio de un resorte auxiliar o de regulación manejable por un tornillo micrométrico.

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115 Los colores azules representan zonas de menor gravedad desvelando la forma y la localización de la cavidad. Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Civil Mec. Suelos I (Geotecnología) Prof. Lucio Gerardo Cruz Velasco

116 RESULTADOS: Perfiles de anomalías de Bourger y de variaciones del campo magnético. Perfiles de geología del subsuelo deducidos de la interpretación geofísica

117 TIPOS DE GRAVIMETROS Gravímetro Mott- Smith Gravímetro Humble Gravímetro Thyssen Gravímetro La Coste Romberg Gravímetro Hartley Gravímetro Gulf

118 ANOMALÍA GRAVIMÉTRICA Una anomalía de gravedad se define como la variación de los valores medidos de la gravedad con respecto a la gravedad normal después de haber aplicado las correcciones necesarias. La anomalía de aire libre resulta de las correcciones de la influencia de las mareas, de la derive del instrumento de medición, de la latitud y de la altura.

119 ALGNOS VALORES DE LA GRAVEDAD NORMAL A DISTINTAS LATITUDES Latitud geográf ica b en º Gravedad normal g 0 en mgal según fórmula de 1930 Gravedad normal en mgal según fórmula de 1967 Aceleración de gravedad en mgal/km según GASSMANN & WEBER (1960) , , , ,803 0, , ,0193 0, , ,498 0, , ,9488 0, , ,902 0, , ,7279 0

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123 ENSAYOS DE RESISTENCIA EN EL CAMPO

124 ENSAYOS DE RESISTENCIA EN EL CAMPO