capitulo 3: exploracion y muestreo

MECANICA DE SUELOS – INGENIERIA CIVIL – Prof: R.G.A.

EXPLORACION Y MUESTREO

METODOS DE

EXPLORACION

3:05 1



EXPLORACION

DIRECTA: SONDEOS

INDIRECTA: SONDEOS GEOFISICOS

SUBSUPERFICIALES

PROFUNDOS

fotografías aéreas, mapas

topográficos, interpretación de

mapas e informes de reportes

geológicos o estudios de suelo

previamente desarrollados

3:09 2

MUESTREO

Fuente: Gallardo, R. 2014



OBJETIVO: DETERMINAR PERFIL ESTRATIGRAFICO,

PRESENCIA DE NIVEL FREATICO,

ESTRUCTURACION PRESENTE (SUELO

RESIDUAL-FRACTURAS),

DETERMINAR ESTADOS DE CONSISTENCIA o COMPACIDAD.

OBTENER MUESTRAS PARA DETERMINAR LOS PARÁMETROS DEL SUELO.

3:10 3





3:10 4

Fuente: Conde, J y Alvarez J. 2014




3:05 5

TITULO H.3 NSR-10 PARA

NUMERO MINIMO DE

SONDEOS Y PROFUNIDAD

DE LOS MISMOS: Tabla

H.3.1-1 y H.3.2-2



SONDEOS: SUBSUPERFICIALES

APIQUES-

EXCAVACION A

CIELO ABIERTO

3:11 6



• Permiten obtener muy buena

información de la estructura del

suelo.

• Establecer las características

del régimen de aguas

subterraneas (N.F)

• La excavación no se puede

llevar a grandes profundidades

(PELIGRO)

• Permiten obtener muestras

inalteradas.

APIQUES-

EXCAVACION A

CIELO ABIERTO

SONDEOS: SUBSUPERFICIALES


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3:12 8




SONDEOS SUBSUPERFICIALES B

AR

RE

NO

S

MA

NU

AL

ES

3:05 9

PERMITEN TOMAR MUESTRAS ALTERADAS A DIFERENTES PROFUNDIDADES



3:12 10

Fuente: www.erosíon.com.co



PENETROMETRO

DE BOLSILLO

SONDEOS SUBSUPERFICIALES

•Utilizado para determinar la resistencia a la compresión inconfinada en suelos cohesivos

•Se entierra en el suelo y se mide la presión para su penetración.

0.5 - 4.5 kg / cm²

3:05

11



SONDEO CON

RETROEXCAVADORA

3:05 12

• Permite identificar las

características del suelo In Situ.

• Permite conocer el perfil

estratigráfico.

• Permite la toma de muestras

alteradas e inalteradas.

• No se pueden realizar a

profundidades mayores a 4

metros. Ello debido a

impedimentos del equipo y al

peligro de estabilidad de los

lados de la excavación.



ROTACION Y

LAVADO

PERCUSION CON

BARRETON

SONDEOS

PROFUNDOS

Para suelos duros o de naturaleza

rocosa. Las herramientas de ataque

son generalmente trépanos o

brocas.

Se deja caer un Barretón de 150

kg a razón de 30 golpes por

minuto. Se deja caer un barreno pesado y

cortante. Se rompe y tritura el

material del fondo hasta ser

arena o limo. Se adiciona un

poco de agua para formar un

barro con el material molido, el

cual se extrae cuando

obstaculiza la perforación. Aplicable en perforaciones en

rocas y depósitos de gravas

gruesas o con grandes cantos.

3:05 13



3:14 14




PERFORACIONES ROTATORIAS CON

LAVADO

• La rotación va acompañada de presión

hidráulica o mecánica de las barras y brocas

contra el fondo.

• El uso de este procedimiento con fines de

ingeniería civil hace necesaria la obtención de

muestras continuas. Para ello el uso de brocas

que cortan núcleos cilíndricos del material por

muestrear.

• La velocidad de avance con este método es

mucho mayor que con cualquiera otro. Se

obtiene rendimientos de alrededor de 3.0 m por

hora.

3:14 15

Sistemas de lodo polimérico

POLY‐PLUS

(1.4–5 kg/m3)




ESPECIFICACIONES DE

TUBERIAS Y BROCAS

3:05 16

Tamaño Φexterior

(pulg.)

Φexterior

(mm)

Φ Núcleo

(pulg.)

Φ Núcleo

(mm)

EX 1 ½ 38.1 13/16 20.64

AX 1 15/16 49.21 1 3/16 30.16

BX 2 3/8 60.33 1 5/8 41.28

NX 3 76.2 2 1/8 53.94

NQ (tubería de

perforación) 2.75 69.9 2.375 60.30

NW (Revestimiento) 3.5 88.90



MUESTREO

3:15 17



MUESTREO

TIPOS DE

MUESTRAS

ALTERADAS

INALTERADAS

Permanece invariable el contenido de

agua y la composición, y sufren el

menor cambio posible la relación de

vacíos, la estructura y las

características esfuerzo-deformación.

Se usan para determinar propiedades

mecánicas y peso unitario.

No conserva las mismas

características y condiciones en que se

encontraba en el terreno del cual se

obtuvo. Se utilizan para determinar

propiedades índice.

SEMIALTERADAS

Conservan algunas de las

características en que se encontraba en

el terreno. Se utilizan clasificación,

contenidos de humedad, pesos

específicos.

Barrenas, Augers,

Apiques, Calicatas,

Tomamuestras Partido.

Empuje Hidráulico

Continuo

Tubos de pared delgada, Tubos de

rotación y empuje, Muestras de bloque 3:05 18




TIPOS DE MUESTRAS Y MUESTREADORES

MUESTREA-

DOR

TIPO DE

MUESTRA

MODO DE

OPERACION TIPO DE SUELO

Tubo Partido Alterada Percusión Todos los suelos que no

contengan mucha grava.

Tubo Shelby Inalterada Presión Arcillas y Limos con poco

material granular.

Tubo de

Pistón Inalterada Presión

Arcillas y Limos con poco

material granular.

Denison * Rotación y

Presión (Broca)

Arcillas y Limos sin Gravas

bajo el nivel freático.

Barriles Inalterada Rotación y

Presión (Broca)

Gravas con cantos rodados y

rocas.

* El grado de alteración de la muestra depende del suelo y del cuidado con que se

tome.

3:05 19


MUESTRAS ALTERADAS

* Para estimar la capacidad de soporte

de los suelos de una subrasante. C.B.R.

* Para ensayos de compactación.

* Para ensayos de Granulometría y

Límites de Plasticidad.

* Para estimar el contenido de humedad

del suelo.

* Para estimar resistencia al corte y

parámetros de consolidación en suelos

que se utilizarán en terraplenes o

rellenos de mejoramiento.

3:15 20





3:16 21





3:16 22

TOMAMUESTRAS SHELBY




3:17 23

TOMAMUESTRAS SHELBY




3:16 24

TOMAMUESTRAS SHELBY


RELACION DE AREAS

Tomamuestras de Tubo

3:05 25


Para estimar si el tubo tomamuestras altera o no una muestra se

determina la relación de áreas

Para considerar inalterada una muestra la relación de áreas debe tener

valores menores que 10 a 15%. El tomamuestras de cuchara partida

tiene una relación de áreas de 112%.



TAMAÑO DE LAS MUESTRAS

ENSAYOS PROPIEDADES INDICE

MUESTRA DE 32

kg Mezclada y

Cuarteada

½ Kg de

Muestra

6.0 Kg

de

Muestra

7.5 Kg

de

Muestra

18 Kg de

Muestra

Límite

Líquido

Límite

Plástico

Peso

Específico

Granulo

metría Compactación CBR

3:05 26



MUESTRAS INALTERADAS

* Permiten evaluar correctamente las propiedades mecánicas del

suelo tales como resistencia al corte, relaciones esfuerzo-

deformación, compresibilidad y permeabilidad .

* Determinar el peso unitario.

* Estas muestras se pueden obtener de:

-Tubos de Pared Delgada (Shelby)

-Muestreadores de Pistón

-bloques a mano

-Muestreadores de bloque a presión (NGI)

•Pitcher (Rotación y empuje)

•Denison (Rotación y empuje) INVESTIGAR

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MUESTRAS DE

BLOQUES A MANO

3:05


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TOMA DE MUESTRAS

INALTERADAS TUBO SHELBY

* La toma de muestras

con este tomamuestras

se rige por la norma

ASTM D-1587.

* 76 mm D.E. y 73 mm D.I

* Utilizado en limos,

arcillas y limos o arenas

arcillosas.

• Longitud Aproximada

760 mm (30”)

• Relación de áreas:

8.4%

3:18 37

Fuente: www.erosion.com.co



3:05 38



3:05 39



Cada metro en los primeros cinco metros de Prof.

Y cada 1.5 m a partir de los 5 m o donde haya

cambio de material. (NSR-10 TITULO H)

3:05 40



•Las muestras deben

marcarse y guardarse

inmediatamente después de

recobradas.

• Los frascos deben

guardarse en cajas de

madera o de cartón.

•Deben protegerse del calor,

del sol y del viento.

• Deben sellarse para que no

pierdan humedad.

• Deben empacarse para

evitar daños por vibración.

3:19 41




TOMA DE

MUESTRAS

EN ROCA

3:05 42

Cuando se realiza exploración en roca?

* Se impide el avance con barrenas de suelo,

por lavado, percusión, Auger, SPT (>50

golpes / 1’). “Rechazo”.

Como se realiza la exploración en roca?

* Con toma de Núcleos de roca.

•Sin Toma de Núcleos de roca.

Cual es el procedimiento a usar?

* Se utilizan procedimientos rotatorios.



TOMA DE MUESTRAS EN ROCAS

3:19 43




3:20 44




3:05 45

TAMAÑOS DE BROCAS

Tamaño Φexterior

(pulg.)

Φexterior

(mm)

Φ Núcleo

(pulg.)

Φ Núcleo

(mm)

EX 1 ½ 38.1 13/16 20.64

AX 1 15/16 49.21 1 3/16 30.16

BX 2 3/8 60.33 1 5/8 41.28

NX 3 76.2 2 1/8 53.94



3:20 46




3:20 47




(Mala)

(Regular)

(Buena)

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ENSAYOS DE

CAMPO

3:21 49




Perforación y Muestreo.

Ensayos “in situ”

Ensayo de Penetración estándar (SPT)

Ensayo de penetración de cono (CPT)

Prueba del Dilatómetro de placa plana (DMT)

Prueba del Presurómetro (PMT)

Prueba de corte con Veleta (VST)

Métodos Geofísicos

Sondeo por Refracción Sísmica (P-, S-, R-waves)

Sondeo Cross-Hole.

Sondeo Down-Hole.

Sondeo por Resistividad Eléctrica. (SEV)

Sondeo por Tomografía Eléctrica.

3:05 50

METODOS PARA CONOCIMIENTO DEL SUBSUELO



3:21 51




ENSAYO DE PENETRACION

ESTÁNDAR “SPT”

* El ensayo “In Situ” más común en el mundo

* Muestreador de media caña estándar

* Se rige por la Norma ASTM D-1586

* Martillo (140 lbs. cae 30 pulg.) (63.5 kg cae

0.76 m)

* Se utiliza varillaje tipo AX y BX.

* Se toman tres incrementos de 6” y la suma

de los dos últimos incrementos es “N”

(golpes/pie)

3:05 52



3:21 53




Ventajas

* Se obtiene muestra de suelo y un

número.

* Sencillo y de bajo costo.

* Funciona en muchos tipos de suelo

* Se puede utilizar en rocas blandas.

* Disponible en todo el mundo

* Existen correlaciones para diferentes

parámetros del suelo.

Desventajas

* Se obtiene suelo y un número**

* Muestra alterada

* Número muy crudo para el análisis

* No aplicable en arcillas blandas

* Alta variabilidad e incertidumbre

** Tanto la muestra como el número

de golpes son resultados de baja

calidad.

3:05 54

ENSAYO DE PENETRACION

ESTÁNDAR “SPT”



* Dependencia del tipo de equipo utilizado.

* Influencia del operador.

se consideraron varias correcciones al valor de N con una energía

de penetración del 60%.

CORRECCION AL VALOR “N” OBTENIDO EN EL ENSAYO

donde,

Em, es la eficiencia del martillo

CB, factor de corrección por el diámetro de la perforación

Cs, corrección del muestreador

CR, corrección por longitud de la barra perforadora

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ENSAYO «CPT»




CPT

Puntas de Penetración

a) La Delft, permite

determinar la

resistencia por

punta

b) La Begemam que

sirve para

determinar la

resistencia de

punta y fricción.

3:22 62




Ventajas

* Perfiles continuos rápidamente

* Económico / Varios perfiles por día

* Los resultados no dependen del

operador

* Buena base teórica para

interpretación.

* PARTICULARMENTE APLICABLE A

SUELOS BLANDOS.

Desventajas

* Alta inversión de capital

* Requiere operadores muy

capacitados

* Elementos electrónicos se dañan y

descalibran

* No se obtienen muestras de suelo

* No es apto para depósitos de

grava o cantos.

3:05 63

ENSAYO CPT



PRUEBA DE CORTE CON VELETA

0.1°/seg

3:23 64

Falla 2 – 5 min. En

Arcillas muy blandas

10 – 15 min.




PRUEBA DE CORTE CON VELETA

3:23 65

H

D

Dentro del minuto siguiente al remoldeo.




Ventajas

* Permite obtener la resistencia no

drenada de las arcillas (Suv)

* Equipo y ensayos muy sencillos

* Permite medir la Sensitividad In Situ

* Hay buena experiencia con su uso

Desventajas

* Su uso se limita a arcillas y limos

blandos con Suv<200 kPa

* Es lento y se gasta mucho tiempo

* Requiere de correlaciones

empíricas

* El resultado puede ser afectado

por lentes de arena

PRUEBA DE CORTE

CON VELETA

3:05 66



PRUEBA DEL DILATÓMETRO

3:23 67

DILATOMETRO DE CUCHILLA PLANA

* Se entierra una cuchilla de acero a intervalos de 20 cm. Sin sondeo.

* Inventado por Marchetti (1980)

*Se infla una membrana de acero flexible utilizando gas nitrógeno.

*Se toman dos medidas de presión (A y B) en aprox. un minuto.

* Velocidad prueba= 20 mm/seg

* Datos cada 20 a 30 cm.




PRUEBA DEL DILATÓMETRO

3:24 68




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PRUEBA DEL PRESIÓMETRO

3:24 70

* Vo = 500 cm3 * Se grafican los valores de presión Vs Volumen celda.

* Se puede estimar el esfuerzo de preconsolidación y Su de una arcilla.




3:24 71




EXPLORACION

GEOFÍSICA

3:05 72



SONDEOS GEOFISICOS

Usados ampliamente en Geología y Minería y muy poco en Mecánica de suelos. Dan información de

los perfiles del suelo en áreas relativamente grandes.

Sistema Aplicaciones Limitaciones

Resistividad

Eléctrica

Localizar límites entre materiales

granulares y arcillosos, nivel freático

e interface suelo – roca.

Difícil de interpretar

especialmente cuando los

mantos no son horizontales.

Refracción

Sísmica

Determina las profundidades de los

estratos y sus velocidades sísmicas

características.

Las velocidades aumentan

con la profundidad. Solo es

útil cuando los mantos son

gruesos y la información

aporta un dato promedio.

Ensayos

sísmicos directos

(crosshole)

Se obtienen velocidades de estratos

específicos, sus propiedades

dinámicas y la calidad de la roca.

Los datos son promedios y

pueden ser afectados por

las características de la

masa rocosa.

Penetración de

ondas de radar

Permite identificar objetos

enterrados tales como ductos,

cantos, interfaces de rocas.

Las arcillas son

prácticamente

impenetrables por las ondas

de radar.

3:05 73



SONDEOS GEOFISICOS

Ventajas

* No destructivo y/o no invasivo

* Ensayo rápido y económico

* Suficientes bases teóricas para su

interpretación

* Aplicación en suelos y rocas.

* Se pueden realizar en superficie o

dentro de una perforación.

* Se puede determinar el perfil, las

propiedades elásticas, rigidez y

amortiguamiento.

Desventajas

* No hay muestras.

* Se asumen modelos para la

interpretación de resultados.

* Afectado por capas muy

cementadas o inclusiones de

materiales más duros.

* Resultados influenciados por

presencia de agua, arcilla y la

profundidad.

3:05 74



SONDEOS GEOFISICOS

3:24 75




SONDEOS GEOFISICOS

3:24 76




SONDEOS GEOFISICOS

Tipo de Suelo o Roca Velocidad de las ondas P

m/s

Suelo

Arena, limo seco y capa superior de suelo de grano

fino 200 – 1000

Aluvial 500 – 2000

Arcillas compactas, grava arcillosa y arena arcillosa

densa 1000 – 2500

Loess 250 – 750

Roca

Pizarra y esquisto 2500 – 5000

Arenisca 1500 – 5000

Granito 4000 – 6000

Caliza sana 5000 – 10000 Vp = 5 a 7 km/s Vs = 3 a 4 km/s 3:05 77



SONDEOS GEOFISICOS

3:25 78




ENSAYO DE REFRACCION SISMICA

* 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.

* Se realiza un impacto (golpe de martillo o

pequeña carga explosiva) sobre la

superficie y se observa la primera llegada de

la perturbación (ondas de esfuerzo) en

varios puntos (Geófonos cada 15 a 30 m).

* Se determina la velocidad de las ondas P

en diferentes estratos.

* El tiempo de recorrido de una onda

refractada está determinado por su ángulo

crítico, que depende de la naturaleza del

suelo y de la roca. Este se determina tanto

para las ondas directas como para las

refractadas. 3:05 79



3:25 80 Fuente: www.erosion.com.co



3:05 81



EJERCICIO REFRACCION SISMICA

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

siguiente tabla:

Distancia de geófono desde la

fuente de perturbación (m)

Tiempo de primer arribo

Seg (x10-3)

2.5 11.2

5.0 23.3

7.5 33.5

10 42.4

15 50.9

20 57.2

25 64.4

30 68.6

35 71.1

40 72.1

50 75.5

Determine:

1.-Las velocidades de

las ondas P.

2.-El espesor del

material encontrado.

3.-Con la tabla de

velocidades de ondas P

sugiera el tipo de

material encontrado.

3:05 82



ENSAYO REFRACCION SISMICA

3:25 83





3:25 84




EMSAYO REFRACCION SISMICA

3:26 85





3:26 86





3:26 87





3:26 88





3:27 89





3:27 90





3:27 91





3:28 92





3:33 93





3:33 94





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ENSAYO SISMICO CROSS-HOLE

* Sirve para determinar la velocidad de

ondas de cortante Vs de los estratos de

suelo.

* Se perforan dos agujeros en el terreno a

una distancia “L”, colocando en uno de

ellos una barra de impulso y en el otro se

detectan las ondas de cortante generales

por un transductor verticalmente sensible.

Vs = L/t

t= tiempo de viaje de las ondas

Gs= módulo cortante del suelo.

3:33 96




3:33 97 Fuente: www.erosion.com.co



3:34 98

ENSAYO SISMICO DOWN-HOLE

Fuente: Gallardo, R. 2013 Fuente: Gallardo, R. 2013



3:34 99





3:34 100





SONDEO POR

RESISTIVIDAD ELÉCTRICA

3:05 101



3:05 102



RESISTIVIDAD ELÉCTRICA

3:05 103



3:35 104

Fuente: Valencia, E. 2009



3:05 105



3:35 106

TOMOGRAFIA ELÉCTRICA






3:37 107





3:38 108


Fuente: Maestría UIS. 2013



3:05 109




3:05 110


Un sector con elevada resistividad asociado al depósito

ígneo (R=1) o zonas de material grueso no saturado

(arenas y gravas)

zonas de resistividad media asociadas a formaciones

compuestas por material grueso con algo de finos

posiblemente saturado en las zonas profundas (R=2)

áreas con menor resistividad que es correlacionable con

formaciones cuaternarias de arenas arcillosas embebidas

en una matriz limosa (R=3)



3:05 111


colores rojos a anaranjados nos muestras zonas de

resistividades altas asociadas a materiales gruesos (no

saturados) o depósitos coluviales del material Ígneo.

colores verdes a azul claro nos indican formaciones

arenosas intercaladas con material fino (posiblemente

saturados)

colores azul oscuro está asociado a materiales finos (limos

y arcillas).



3:38 112


Posible contacto litológico

Posible plano de deslizamiento

Zona A

Zona B

Zona C

Capa mayor resistividad: asociada con deposito de ladera Ql conformado por fragmentos de materiales igneos Cuarzomonzonita, Granito y Pórfido Cuarzoso (JRcg). Al costado norte (electrodos 31 a 49) la resistividad aumenta apreciablemente. En este costado se tiene muros y paredes de construcciones abandonadas por el deslizamiento.

Capa Resistividad intermedia: asociada a materiales de la formación Bucaramanga, miembro limos rojos ( Qblr), arenas arcillosas gravosas y limos. Dentro de esta zona se tiene varias zonas puntuales con filtración de aguas.

Capa menor resistividad: posible aumento del contenido arcillo e incremento de humedad de los materiales de la zona B, arenas arcillosas gravosa y limos, .

Zona F Zonas con muy baja resistividad, su forma “redondeada” se asocia con fuentes de concentración de agua subterránea por filtración natural desde fuentes superficiales o tuberías de acueducto y alcantarillado en mal estado.

Zona S Zonas superficiales redondeadas con menor resistividad, asociadas con filtraciones de elementos sobre el terreno como alcantarillas y sumideros o posibles tuberías de acueducto y alcantarillado.

Grietas en pavimento y

andenes


capitulo 3: exploracion y muestreo

Engineering