ensayos geofisicos
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Ensayos geofísicos
(84.07) Mecánica de Suelos y Geología
FIUBA
Índice
• Definición• Métodos mecánicos
ofís
icos
• Otros métodos geofísicos
Ens
ayos
geo
2
Métodos geofísicos
La geofísica estudia el terreno a través de• Modificaciones locales de campos naturales
( d d ti t )ofís
icos
(gravedad, magnetismo, etc) • Respuesta a campos inducidos por el hombre
( l t ti t d d )Ens
ayos
geo
(electromagnetismo, trenes de ondas)Son ensayos no destructivos que requieren una mínima intervención en el terreno que se estudiamínima intervención en el terreno que se estudia
3
Métodos geofísicosof
ísic
os
Método Campo de Fuerza Propiedad Físico o Química
Magnético campo de fuerza magnético permeabilidad magnética ( μ )
Gravimétrico campo de fuerza gravífico densidad, gravitrones ( ρ )
Ens
ayos
geo
p g ρ
Eléctricocampos eléctricos natural y artificial
potenciales REDOX,conductividad eléctrica ( σ )
Sísmicocampo atificial creado por las
Sísmico ondas símicas densidad ( ρ ), elasticidad
Radiométrico
radiación radioactiva radioactividad, emisión departículas eléctricas cargadas desde el núcleo de átomos dedesde el núcleo de átomos demateriales radioactivos
Geotérmicogradiente de temperaturaterrestre conductividad térmica
Geoquímicoemanación de vapores,asenso y descenso de soluciones
potenciales REDOX, conductividad eléctrica ( σ )4
Índice
• Definición• Métodos mecánicos
ofís
icos
• Otros métodos geofísicos
Ens
ayos
geo
5
Propagación de ondas superficiales
ofís
icos
Ens
ayos
geo
6
Atenuación de ondasof
ísic
osE
nsay
os g
eo
7
E26
Diapositiva 7
E26 La profundidad del bulbo de energía de las ondas R es de aproximadamente una longitud de onda.Ernesto, 30/04/2007
Sísmica derefracción
ofís
icos
Ens
ayos
geo
V1a
V2b a
V3
8
Sísmica de refracciónof
ísic
osE
nsay
os g
eo
(FHWA)9
Sísmica de refracción: Limitaciones del procedimiento
ofís
icos
Ens
ayos
geo
c line
line
Seisimic
l
Seisimic
lin
A B
10
Sísmica de refracciónof
ísic
osE
nsay
os g
eo
11
Sísmica de refracciónof
ísic
osE
nsay
os g
eo
12
Sísmica de refracción: Un resultado
ofís
icos
Ens
ayos
geo
13
Ensayo crosshole
Dynamic SignalA l
ofís
icos Wire Rope Air Pressure Line
Orientation RodsAir Pressure Line
Analyzer
Ens
ayos
geo
Cased Borehole
Velocity Transducer(Trigger)
Moveable
Assumed Path of Body Waves
MoveableUpper Weight
Moveable
Locking Wedge
3-D GeophoneAir Packer
Lower WeightGrouting
(FHWA)14
Ensayo downholeDynamic SignalAnalyzer Trigger
ChannelSi l
ofís
icos Orientation Rod
Air Pressure LineHammer
ElectricalTrigger
Inclined Hammer Blow
SignalChannel
Ens
ayos
geo
Cased BoreholeGeneration ofConcreteBl k
Generation ofBody WavesBlock
3 D Geophone
Air Packer
3-D GeophoneGrouting
(FHWA)15
Sísmica dereflexión
• Mide ondasreflejadasAlof
ísic
os
• Alcanza mayorprofundidad
Ens
ayos
geo
16
Rangos de resultadosof
ísic
os
Steel
P - Wave Velocities
Ens
ayos
geo
Ice
Weathered Rocks
Intact Rocks
ooíiao4asi0oo)caMooían7
(8cc
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Fresh Water
Sea Water
Compression Wave Velocity, Vp (m/s)17
Rangos de resultadosof
ísic
os
Steel
S - W ave V elocities
Ens
ayos
geo
(8ccEyi4ias.i0i7o gyefEnsayso gyef
ooíiao4asi0oo)caMooían7(8cc
}0 1000 2000 3000 4000
Shear Wave Velocity V (m/s)
Fresh Water
Sea Water } V s = 0
Shear Wave Velocity, VS (m/s)
18
SASW: Dispersión de ondas Rayleigh
ofís
icos
• La inhomogeneidad y estratificación del terreno genera dispersión en las ondas superficiales:Las ondas de distinta frecuencia viajan
Ens
ayos
geo Las ondas de distinta frecuencia viajan
a distintas velocidades• Las ondas superficiales alcanzan una profun• Las ondas superficiales alcanzan una profun-
didad aprox. igual a su longitud de onda• Si se mide la velocidad de propagación asociadaSi se mide la velocidad de propagación asociada
a una frecuencia se puede obtener información sobre el medio a la profundidad de su longitud de p gonda
19
Ondas superficiales – Medio homogéneo
Amplitud(z) / Amplitud superficial λ1 λ2
ofís
icos
z/λ1 2
Ens
ayos
geo
vfasevr
G1
C d
Medio no dispersivoλ
Curva de dispersión
Solución de Rayleigh
(Czelada 2010)20
Medio estratificado
λ1 λ2 λ1 λ2
ofís
icos
(v1 >
v 2)
v 1 <
v2) v1 v1
Ens
ayos
geo
pers
ivo
(
pers
ivo
(v v2 v2
men
te d
is
ente
dis
p
inve
rsam vfase
norm
alm vfase
Med
io
Curva de dispersiónλM
edio
Curva de dispersiónλ
(Czelada 2010)
21
Secuencia del método SASW
• Se miden los registros en el terreno• Se construye una curva de dispersión local
ofís
icos
• Se deriva una curva de dispersión global• Se resuelve el problema inverso
Ens
ayos
geo
• Se determina el perfil de rigidez del terreno
22
Ensayos de Campo - registros
Geófono A
Geófono B
ofís
icos
RegistroEns
ayos
geo D=1m
g
Geófono A
Separación D = 1m, 2m, 4m, 8m, 16m Geófono B
p , , , ,…
Contenido de frecuencias
D=1m
(Czelada 2010)23
Curva de dispersión local of
ísic
os
Diferencia de fase relativa Diferencia de fase absoluta
Ens
ayos
geo
onda
Velocidad de fase
ongi
tud
de
(Czelada 2010)
2424 Coherencia Curva de dispersión local
D=1m
L
24
Curva de dispersión global Velocidad de fase
nda
Velocidad de fase
ofís
icos
ngitu
d de
on
D = 1m
Ens
ayos
geo
Lon
Velocidad de faseVelocidad de fase
onda
D =16m
ongi
tud
de
25Curva de dispersión global
Lo
(Czelada 2010)25
Problema directo e inversoProblema directo
V
Problema inverso
ofís
icos
G1;E1;H1,ρ1
G2;E2;H2,ρ2
VR Curva de dispersión
Ens
ayos
geo
G3;E3;H3,ρ3
λ
VR Perfil
? ?
PerfilCantidad de
estratos?
Propiedades
λ
Propiedades mecánicas?
(Czelada 2010)26
Solución del problema inverso
Empírica AnalíticaVR Vs VR Vs
ofís
icos
Ens
ayos
geo
λ Z λ Z
Medio estratificado de parámetros G,E,ρ y H
El perfil de velocidad de corte se
Medio homogéneo: Ondas Rayleigh
Crecimiento gradual de la rigidez El perfil de velocidad de corte se determina de forma iterativa
Se adoptan propiedades y se calcula la curva dispersión hasta
Crecimiento gradual de la rigidez con la profundidad
El perfil de velocidad de corte se determina por un cambio de escala calcula la curva dispersión hasta
similitud suficientedetermina por un cambio de escala de la curva de dispersiónvs = α vr ; α ≈ 1.10-1.05 ; Z ≈ 0.5λ
(Czelada 2010)27
Perfil del terreno - Comparación entre métodos de inversión
dofís
icos
Metodo empírico WinSASW
Ens
ayos
geo
sper
sión
rigid
ez
rva
de d
is
Per
fil d
e r
WinSASWMetodo empírico
Cur P
(Czelada 2010)28
Errores asociados – Medición
Ruido ambiente – stackingfmuestreo < 2 fonda
1
ofís
icos
2
Ens
ayos
geo
4
8
fmuestreo > 2 fonda
16
2932
(Czelada 2010)29
Errores asociados – Curva de di ió i t ldispersión experimental
Perfil normalmente dispersivoPerfil no dispersivo
ofís
icos
λ1 λ2
pp
D fC
φ =⎛ ⎞ Kfφ =
Ens
ayos
geo
ta ø
V1
V2
V1
V2
ta ø
2 fase
fV Cte
φ
π=⎛ ⎞
⎜ ⎟⎝ ⎠
Kfφ =
ase
abso
lut V2 V2
ase
abso
lut
eren
cia
de fa
eren
cia
de fa
Frecuencia hz
Dife
Frecuencia hz
Dife
K(Czelada 2010)30
Errores asociados - Problema inverso
ofís
icos
erre
no
Ens
ayos
geo
erfil
del
te
WinSASW
Pe
31
WinSASW
Metodo empírico(Czelada 2010)31
Índice
• Definición• Métodos mecánicos
ofís
icos
• Otros métodos geofísicos
Ens
ayos
geo
32
Resistividad eléctricaof
ísic
osE
nsay
os g
eo
33
Rangos de resultadosof
ísic
os
Weathered Rocks
Resistivity Values (ConeTec & GeoProbe, 1997)
Ens
ayos
geo
Sands & Gravels
Glacial Till
oÍgadÍggfioían7f
1 10 100 1000 10000
Clay
Bulk Resistivity, ρ (ohm-meters)34
Magnetometría
• Mide diferencias de campo magnético producido por las rocasTi f did d d t di d (k )of
ísic
os
• Tiene una profundidad de estudio grande (kms) y aumenta con la altura de relevamiento.
Ens
ayos
geo
35
Magnetometríaof
ísic
osE
nsay
os g
eo
36
Conductividad electromagnética
Gravimetríaof
ísic
os
• Se miden diferenciasde densidad del sustratoAl f did d
Ens
ayos
geo • Alcanza profundidades
grandes (kms)
(Chernicoff y Zappettini 2007)38
Radimetría
• Mide la radiación emitida por unidad de tiempo• K, U y Th son
l l tofís
icos
los elementos radioactivos más comunesE
nsay
os g
eo
comunes• Sólo se mide la
radiación deradiación de superficie
39
Geoeléctrica
• Mide diferencias de resistividad o conductividad de los sustratos que atraviesaTi f did d d t di di ( 100of
ísic
os
• Tiene una profundidad de estudio media (~100 m)S f i d t t fl idE
nsay
os g
eo
• Se usa con frecuencia para detectar fluidos
40
Geoeléctricaof
ísic
osE
nsay
os g
eo
1. Zona infiltrada por HC2. Zona de transición3. Sustrato limpio4. Piletas con HC revestidas con geomembrana41
Georradar (GPR)
• Mide la reflexión de ondas de radio emitidas por una antenaE ét d d b j t ióof
ísic
os
• Es un método de baja penetración y muy perturbable en ambiente urbano
Ens
ayos
geo
42
Bibliografía
• Básica– Kulhawy & Mayne. Manual on estimating soil properties
for foundation design EPRI (fuente de figuras)ofís
icos
for foundation design. EPRI (fuente de figuras)• Complementaria
– FHWA (2001) Manual on subsurface investigationsEns
ayos
geo
– FHWA (2001). Manual on subsurface investigations. NHI-01-031.
– FHWA (2006). Soils and Foundations I y II. NHI-06-088– USACE (2001). Geotechnical Investigations. EM 1110-
1-1804
43