clase 04 fundaciones

8/17/2019 Clase 04 Fundaciones

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Universi a el Cauca – Faculta e In eniería Civil –Fun aciones – Prof. Lucio Gerar o Cruz Velasco

Resistencia al esfuerzo cortante de suelos(como lo expresamos-parametros)

• Suelos cohesivos- cu

- c, φ• Suelos friccionantes

- φ Nos determinan la envolvente de falla

φ σ τ tannc +=


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Ensayo in situ (M. Indirecto)

Ensayos in situ (Indirectos)

• Son ensayos que se realizan en el sitio, califican la propiedad del suelo de una forma indirecta, losmás destacado son:

- Ensayo de veleta- Penetración de cono estática- Penetración de cono dinámica

- Prueba del presurimetro- Prueba del dilatometro- Métodos Geofisicos


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Prueba de la veleta (INV E-170)

• Objetivo:

Determinar en campo los parametros de resistencia delsuelo al corte en condiciones no drenadas. (cu cohesion

no drenada)• Equipo:

- Veleta para ensayo de corte “in situ”

• Muestra:

in situ.


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5/92Universi a el Cauca – Faculta e In eniería Civil –Fun aciones – Prof. Lucio Gerar o Cruz Velasco



- Procedimiento:

Se inca la veleta a la profundidad deseadaPara hacer esto se realiza un sondeo el cual seprofundiza hasta aproximadamente un metro menos ala profundidad a la que se desea realizar el ensayo, se

limpia el pozo y se introduce la veleta empujandola concuidado hasta la profundidad deseada.

Se aplica el torque o la torsión en el extremo superiordel vástago hasta que el cilindro del suelo formado en elperímetro de la veleta de corte, se recomienda utilizaruna velocidad de corte de 80-90 grados por minuto.

El momento máximo que se aplica antes de la falla es

igual al momento resistente generado a lo largo de lasuperficie cilindrica que pasa por los extremos de lasaspas de la veleta y a lo largo de los planos horizontalesque corresponden a la parte superior e inferior de ellas.



Calculos prueba veleta• La resistencia al corte del suelo no drenado, o la

cohecion no drenada (cu) se obtiene de la siguienteexpresión:

M: momento máximo o torque aplicado al mometo de lafalla.

K: (cm3/seg), constante del aparato y viene dada enfunción de las dimensiones y de la forma de la veleta.

K

M cu =



Constante K

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

=

2

.

3

2..

4

.2

2....

2d

cd

M

d chd M

u RB

u RL

π

π

RB RLmáx M M M +=

⎟ ⎠

⎞

⎜⎝

⎛

+

=

62..

2 d hd

M c máxu

π



Correción de la resistenciaobtenida

• Como los vaores de cu difieren de los obtenidos delos resultados de ensayos realizados en laboratorio,se hace una correción para utilizarlo en diseño:

)()( veletacdiseñoc uu λ =



Curva propuesta por Bjerrum (1972)



E i it (M I di t )



Prueba del presurimetro


• El presurimetro es unequipo que permite

conocer la resistencia delos suelos a ladeformación en el sitio.

• Desarrollada por Menard(1956, Francia).

• Adoptada por la ASTM

con la designación 4719.

E i it (M I di t )



El equipo, está compuesto por las

siguientes partes:

• La sonda que se introduce en la

perforación está compuesta por tresceldas. Solamente lacelda central sirve para tomarmedidas, las otras dos celdas estándestinadas a crear uncampo de esfuerzos endeformaciones planas en toda la

altura de la celda de medición.


DIAMETRO DELBARRENO

DIAMETRO DELA

MUESTRA(mm)

NOMINAL(mm)

MAXIMO(mm)

44 45 53

58 60 7074 76 89

Dimensiones para los diámetros de laDimensiones para los diámetros de lamuestra y del barreno recomendado por lamuestra y del barreno recomendado por la

ASTM, La sonda mas usada tiene unASTM, La sonda mas usada tiene undiámetro de 58 mm y una longitud de 420diámetro de 58 mm y una longitud de 420mm y la celda central tiene un volumen demm y la celda central tiene un volumen de535 cm535 cm³³



• El controlador de presión yvolumen. Consta de tresmanómetros que indican lapresión a la salida del tanquede gas, en la tubería que llegaa la celda de medición y en lasceldas secundarias; y unabureta que mide el volumen deagua inyectado a la celda demedición.

• La tubería de conexión quepermite la circulación de losfluidos entre el panel de controly la sonda.

• El tanque de gas comprimido.Provee la presión al sistema.


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Para realizar el ensayo sedeben seguir los siguientes

pasos:

-Realización de la perforación.- Ensamblaje del presurímetro

de Menard.- Verificación de la presencia deburbujas de aire en el interiordel sistema, así como de

goteras.- Realización de lascalibraciones por resistencia demembrana y por

compresibilidad delsistema.

El ensayo:


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El ensayo consiste en introducir lasonda en el interior de una

perforación realizada previamente, con el fin de poder tomar datosde variación de volumen odeformaciones volumétricas, y de

las presiones aplicadas necesariaspara lograr dicha deformación. Unavez se introduce la sonda, seaumenta la presión en incrementos

constantes y se toman los datos devolumen inyectado.

C tí i


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Curvas típicas


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Obtención de párametros

mécanicos del sueloEl módulo del presurimetro Ep, del suelo se determina usandola teoría de la expansión de un cilindro infinitamente grueso.

))/)(2/)(()(1(2 v pvvVo Ep f o ∆∆+++= µ

µ= Relación de poissonVo = Volumen inicial de la celda demedición

v₀

= pequeño cambio de volumen, para recargar el suelo a su estadooriginal.Vf = volumen final

Correlaciones


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Correlaciones

KULHAWY y MAINE (1990) propusieronPc : 0.45 Pl (Pl: Presión limite)

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 deaproximadamente 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

Ensayo in situ (M Indirecto)


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Prueba del dilatometro (Marchetti)



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Ensayo Dilatomètrico de Marchetti

DMT)

• Consiste enintroducir en elterreno la cuchilla del

DMT medianteempuje Hidráulico oDinámico, parando a

intervalos de profundidad de 150mm.

Paleta

Dilatométrica


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Unidad de

control

EQUIPO

Esquema del

ensayo DMT

Hinca del

dispositivo

Calibrado de las membranas


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Calibrado de las membranas

• Las lecturas de presión de campo A (presión paralevantar la menbrana) y B (presión a la que lamembrana se expande 1.1mm (0.4”)) deben sercorregidas por los efectos de la rigidez propia de lamembrana para determinar las presiones p0 y p1:

)(05.0)(05.10 mm Z B B Z A A p −∆−−−∆+=m Z B B p −∆−=1

∆A: Presión respecto al vacío requerida para mantenerla 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.mmZm: Desviación de la presión manométrica desde cero,cuando esta ventilada, a la presión atmosferica.


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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.


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I

D

: Indice del Material o Tipo de

Suelo

•

I

D

= P1–Po)/ Po-Uo) = P / Po-Uo)

El I

D

puede clasificar a un suelo arcilloso

como limoso o viceversa. Una mezcla de

arcillas y arenas podría ser clasificada

como un limo.


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•De acuerdo a Marchetti 1980), el tipo

de suelo se identifica como:

Arcilla 0.1 < I

D

< 0.6

Limo 0.6 < I

D

< 1.8

Arena 1.8 < I

D

< 10)


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K

D

: Horizontal Stress Index

•

K

D

= Po-Uo)/

σ

’vo , donde

σ

’vo es la

tensión efectiva vertical. El valor de K

D

en arcillas NC es:

K

D

,

NC

= 2 oscilando entre 1.8 y 2.3


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E

D

: Modulo DMT

•

Se obtiene a partir de la Teoría de la

Elasticidad:

E

D

= 34.7 P

Parámetros obtenidos del Dilatometro


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Ábaco para determinar el tipo de suelo y peso específico relativo(Marchetti y Crapps, 1981)


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GRADO DE

SOBRECONSOLIDACIÓN

OCR)


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COEFICIENTE DE EMPUJE

EN REPOSO Ko)

Marchetti propuso:

en 1980, una relación para arcillas

NC:


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PARÁMETROS

RESISTENTES

Cohesión no drenada Cu arcillas)

Marchetti 1980):


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Angulo de fricción

Marchetti,1997): ecuación

conservadora y solo debe aplicarse si

no se dispone de otra información más

precisa.


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PARÁMETROS DE

DEFORMACIÓN M)

El factor de correlación RM

se calcula:

RM

oscila entre 1 y 3

Ejemplos de resultados en arcillas sobreconsolidadas


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Ejemplos de resultados en sedimentos deltaicos del rió Llobregat


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Resumen de formulaciones de interpretación del ensayo DMT (Marchetti, 2001)


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Aplicaciones de interés

•Detección de superficies de rotura en

taludes de arcillas NC.

• Control de asentamiento

Método DMT-KD para detectar superficies de rotura en taludes arcillosos OC

Razón

α


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Ensayos DMT antes y después de

un tratamiento de

vibrocompactación, Van Impe et al.,

1994

α

después de una compactación

dinámica en un relleno arenoso

suelto Jendeby,1992)

• Control de compactación de terraplenes


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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

Métodos Geofisicos


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Metodos Geofisicos

• Son métodos principalmente no intrusivos, buscan determinar a una escala mayor laestratigrafia del suelo y algunas de sus

caracteristicas, entre ellos se encuentran:- Geoelectricicad (sondeo electrico vertical)- Georadar - Refracción y reflexión sísmica- Gravimetría

Métodos Geofisicos


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Geoelectricicad (sondeo electricovertical)

RESISTIVIDAD ELECTRICA


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RESISTIVIDAD ELECTRICA

La unidad de resistividad en el SistemaInternacional es el ohm por metro (Ω×m).


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VALORES DE RESISTIVIDAD


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Resistivímetro con selector de electrodos una de


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Resistivímetro con selector de electrodos, una de

las bobinas multicable y la alimentación externamediante batería

REALIZACIÓN DE UNA TOMOGRAFÍA ELÉCTRICADE MUY ALTA RESOLUCIÓN CON 0 5 M DE


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DE MUY ALTA RESOLUCIÓN CON 0.5 M DE

SEPARACIÓN ENTRE ELECTRODOS

P fil b id SEV


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Perfil obtenido con SEV

IMAGEN DE RESISTIVIDAD VERDADERA (INVERSIÓN


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CON 5 ITERACIONES),

Y CORRECCIÓN TOPOGRÁFICA

Métodos Geofisicos


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Georadar

GPR (GroundPenetrating Radar)

EL GEORADAR Es un sistema basado en la emisión y recepción de ondas electromagnéticas en elsuelo y capaz de producir una imagen de los elementos que hay bajo el mismo así


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suelo y capaz de producir una imagen de los elementos que hay bajo el mismo, asícomo la posibilidad de deducir el tipo de material que tenemos bajo nuestros pies. Setrata de una técnica de aplicación en estudios geofísicos, geológicos, ingenieriles.

CARACTERISTICAS


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CARACTERISTICAS

• Es un metodo NO

destructivo• Investigaciones poco

profundas para una altaresolución y alta precisión

• De fácil manejo y

aplicación• NO contacto físico directo

Componentes


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ANTENAS


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ANTENAS

• La profundidad depende

del tipo de ANTENAS• Actúan como un

transductor

electromagnético.• Captan la energía reflejada

y

transformada en pulsoseléctricos.

ADQUISICIÓN DE DATOS


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ADQUISICIÓN DE DATOS

MONOESTATICOBIESTATICO

METODOS


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METODOS

• PUNTUAL

METODOS


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METODOS

• PERFILES

METODOS


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METODOS

• PUNTO MEDIO COMUN

PROCESAMIENTO DE DATOS Y


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PROCESAMIENTO DE DATOS YRESULTADOS

TABLA DE CORRELACIONES


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TABLA DE CORRELACIONES

APLICACIONES


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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

Refracción y reflexión sísmicaMétodos Geofisicos


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Refracción y reflexión sísmicaOriginalmente fueron desarrollados como unos métodosefectivos para la prospección del petróleo y otros depósitos deminerales.

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 aplicarestos métodos para el estudio de suelos blandos, en el campo dela ingeniería, en áreas aluviales y depósitos sedimentarios.

Actualmente estos métodos son empleados para investigarademás de los recursos minerales, la estructura geológicasuperficial de los suelos y tienen aplicaciones específicas en elcampo de la ingeniería civil.

Funcionamiento


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Medición de el tiempo de propagación de ondas, transcurrido entreun sitio donde se generan ondas sísmicas y la llegada de éstas adiferentes puntos de observación. Para ello se dispone una serie

de sensores en línea recta a distancias conocidas, formando loque se conoce como tendido sísmico(línea de refracción o dereflexión sísmica).

A una distancia conocida del extremo del tendido, en el punto de

disparo, se generan ondas sísmicas, (con la ayuda de un martilloo con una detonación de explosivos), las cuales inducenvibraciones en el terreno que son detectadas por cada uno de lossensores en el tendido.

El equipo básico consiste de los sensores (geófonos); la unidad deadquisición, en donde se almacenan los movimientos del terrenodetectados por cada sensor; y los cables de conexión entre lossensores, ademas del elemento que genera el disparo.

GEOFONOS


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El geófono es la unidad en contactodirecto con la superficie terrestre,que convierte el movimiento de latierra generado por un tiro por ej.

en señales eléctricas. Casi todos losgeófonos empleados para la prospección sísmica a partir de lasuperficie terrestre firme son de

este tipo electromagnético. Lasseñales se introducen en un sistemainstrumental, que entrega la presentación de la información

geológica del subsuelo como producto final.Usualmente esta presentación esuna sección por el subsuelo a lo

largo de un perfil, que se basa enlos datos detectados y corregidos.


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REFRACCION


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La refracción sísmica está basada en la observación de lostiempos de llegada de los primeros movimientos del

terreno en diversos sitios, generados por una fuente deenergía específica en un sitio determinado. Losmovimientos posteriores son descartados.

Los registros de cada sensor tienen información de losmovimientos del terreno en función del tiempo y sonconocidos 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, yen la reflexión para obtener información de las ondas queson reflejadas en las diferentes interfaces de suelo.

METODO ABC


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METODO ABC

La profundidad vertical con respecto aldisparo C se calcula del modo siguiente:

hc = 1/2 × (tCA + tCB - tAB) × [ (v1 ×v2)/(v22 - v12)]1/2donde hc = profundidad al lechorocoso desde el disparo C medidoverticalmente con respecto a la

interfase situada entre el recubrimientoy el lecho rocoso.tCA, tCB, tAB = tiempos de viaje desuperficie a superficie de un disparo al otro.v1 = velocidad del recubrimiento.

v2 = velocidad correspondiente al lechorocoso.

CURVA TIEMPO-DISTANCIA


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Para tener información masdetallada del subsuelo a

analizar, se realizan tendidosde refracción conjugados,llamados tendido directo,

reverso e intermedio. En el primero el punto de disparose ubica en un extremo del

tendido a una distanciaconocida, mientras que en elsegundo el punto de disparose ubica al otro extremo deltendido.

REFLEXION


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ON

El análisis está basado en la energía de las

vibraciones después de iniciado el movimiento delsuelo. Específicamente se concentra en losmovimientos 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 movimientosdel terreno.

MÉTODO DE LA TANGENTE


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La onda directa se propaga a partir dela fuente de ondas sísmicas en el mediosuperior con la velocidad uniforme v1.


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p

La onda reflejada se engendra por lareflexión de la onda directa incidenteen la interfase entre medio 1 y medio2y se propaga con la velocidad v1.

Una porción de la onda incidente en lainterfase entre medio 1 y medio 2 pasa por la interfase y se refracta. La ondarefractada se propaga en el segundo

medio con la velocidad v2.A través de los datos entregados por lasreflexiones sísmicas se puede construirel horizonte de reflexión que

corresponde a un cambio de materiales.

MEDIO VELOCIDAD DE LA VELOCIDAD DE LA


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ONDA PRIMARIA (VP)EN M/ SEG. ONDA SECUNDARIA(VS) EN M/SEG.

Granito 5200 3000

Basalto 6400 3200

Calizas 2400 1350

Areniscas 3500 2150

GravimetríaMétodos Geofisicos


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• La gravimetría es un método muy importante en la

búsqueda de depósitos minerales. Este métodoaprovecha las diferencias de la gravedad endistintos sectores.

• Grandes cuerpos mineralizados pueden aumentarla gravitación en una región determinada porque

rocas de mayor densidad aumentan la aceleración

METODOS MAGNETICOS Y


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GRAVIMETRICOSEl objetivo principal de la gravimetría es medir

anomalías en el campo gravitatorio de la Tierracausadas por cambios de densidad entre distintosmateriales.

Los datos de campo deben ser corregidos respecto a puntos de referencia de conocida gravedad. La

correcciones serán respecto al tiempo, alturatopográfica, posición geográfica, mareas y cercanía agrandes masas de roca.

GRAVIMETRIA


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• 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 lagravedad).

Estudiando principalmente la atracción entre loscuerpos, especialmente la relacionada con la Tierra,

Geofísica, Geodesia y Geodinámica. También lamedida del peso de un cuerpo, un campogravitacional o densidad Terrestre, Marina, Aérea

Satélite Planetas.

UNIDADES


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La Unidad del Sistema Internacional para laaceleración 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 esuna abreviatura y su notación es una g pequeña.

APLICACIONES


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Las aplicaciones de la Gravimetría son entre otras lassiguientes:

• Geodésicas.• Geofísicas.

• Geodinámicas• Metrológicas• Minería

• Geotecnia• Medioambiente

METODO GRAVIMETRICO


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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 altosque 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 yoquedades.

PROCEDIMIENTO:


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• Escoger un área de trabajo, preferentemente

una zona mineralizada .

• Trazar un perfil de una longitud del ordende 500 m y señalar estaciones a cada 20 m.

EQUIPO A EMPLEAR:


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• 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.


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Todo dispositivo que sirva para medida de la gravedad ovariaciones 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 deun lugar al otro el resorte principal se mueve y puede servuelto a su posición de referencia por medio de unmovimiento compensatorio de un resorte auxiliar o de

regulación manejable por un tornillo micrométrico.

EL GRAVÍMETRO


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Los colores azules representan zonas de menor gravedaddesvelando la forma y la localización de la cavidad.


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ALGNOS VALORES DE LA GRAVEDAD


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NORMAL A DISTINTAS LATITUDESLatitud

geográf ica b en

º

Gravedad normal g0 en mgal segúnfórmula de 1930

Gravedad normal en mgalsegún fórmula de 1967

Aceleración de gravedad enmgal/km según

GASSMANN & WEBER

(1960)

0 978049,0 978031,8456 0

15 978394,0 978377,803 0,406

30 979337,8 979324,0193 0,704

45 980629,4 980619,498 0,812

60 981923,9 981916,9488 0,704

75 982873,4 982868,902 0,406

90 983221,3 983217,7279 0


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ENSAYOS DE RESISTENCIA


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EN EL CAMPO

ENSAYOS DE RESISTENCIA EN


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EL CAMPO



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Tarea – Trabajo - Ensayo de

penetración de cono- Penetración de cono estática

- Penetración de cono dinámica

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