06 exploracion muestreo

Universidad Nacional Autónoma de Universidad Nacional Autónoma de Universidad Nacional Autónoma de Universidad Nacional Autónoma de México.México.México.México.

Facultad de Ingeniería.Facultad de Ingeniería.Facultad de Ingeniería.Facultad de Ingeniería.GEOLOGÍA.GEOLOGÍA.GEOLOGÍA.GEOLOGÍA.

TEMA 6TEMA 6TEMA 6TEMA 6TEMA 6TEMA 6TEMA 6TEMA 6

EXPLORACIÓN Y MUESTREO DE LOS EXPLORACIÓN Y MUESTREO DE LOS EXPLORACIÓN Y MUESTREO DE LOS EXPLORACIÓN Y MUESTREO DE LOS GEOMATERIALESGEOMATERIALESGEOMATERIALESGEOMATERIALES

M. I.Hugo Sergio Haas MoraM. I.Hugo Sergio Haas MoraM. I.Hugo Sergio Haas MoraM. I.Hugo Sergio Haas Mora

2010201020102010

Exploración y Muestreo de los GeomaterialesExploración y Muestreo de los GeomaterialesExploración y Muestreo de los GeomaterialesExploración y Muestreo de los Geomateriales

ÍNDICEÍNDICEÍNDICEÍNDICE

ETAPAS DE EXPLORACIÓNETAPAS DE EXPLORACIÓNETAPAS DE EXPLORACIÓNETAPAS DE EXPLORACIÓNEstudios preliminaresEstudios preliminaresEstudios preliminaresEstudios preliminaresEstudios de detalle, estudios durante y después de la construcción.Estudios de detalle, estudios durante y después de la construcción.Estudios de detalle, estudios durante y después de la construcción.Estudios de detalle, estudios durante y después de la construcción.

MÉTODOS INDIRECTOSMÉTODOS INDIRECTOSMÉTODOS INDIRECTOSMÉTODOS INDIRECTOSMÉTODOS INDIRECTOSMÉTODOS INDIRECTOSMÉTODOS INDIRECTOSMÉTODOS INDIRECTOSFotogeología.Fotogeología.Fotogeología.Fotogeología.Métodos geofísicos.Métodos geofísicos.Métodos geofísicos.Métodos geofísicos.Métodos electricos.Métodos electricos.Métodos electricos.Métodos electricos.

MÉTODOS DIRECTOSMÉTODOS DIRECTOSMÉTODOS DIRECTOSMÉTODOS DIRECTOSMuestras geotécnicasMuestras geotécnicasMuestras geotécnicasMuestras geotécnicasEnsayos de deformabilidadEnsayos de deformabilidadEnsayos de deformabilidadEnsayos de deformabilidad

Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales –––– Etapas de exploraciónEtapas de exploraciónEtapas de exploraciónEtapas de exploración

ETAPAS DE EXPLORACIÓNETAPAS DE EXPLORACIÓNETAPAS DE EXPLORACIÓNETAPAS DE EXPLORACIÓN

El objetivo general de las etapas de exploraciónes determinar en un sitio las condicionesgeotécnicas del terreno, se constituye poroperaciones cuya finalidad es la obtención deoperaciones cuya finalidad es la obtención delos datos que caracterizan al mismo:

Capacidad resistentePresiones admisiblesEspesor de los estratosNivel freáticoAgresividad, etc.


El programa de exploración estará en función de los siguientes factores:- Tipo de edificación- Importancia del proyecto- Naturaleza de la zona geológica del emplazamientoemplazamiento- Profundidad prevista de excavaciones- Finalidad de los datos de la exploración y el muestreo


En la investigación de un sitio es necesario realizarla a través de tres etapas:

�Estudios preliminares�Estudios de detalle�Estudios durante y después de la construcción


ESTUDIOS PRELIMINARES

Antes de que el ingeniero haga elproyecto de una obra, debe conocersealgo acerca del terreno, en el quealgo acerca del terreno, en el queaquella a de asentar o en el que a deabrirse. Esto exijira una profundainvestigacion del emplazamiento de laobra ante de hacer el primer plano.


Los estudios que deben realizarse,consisten esencialmente en elanálisis de la informaciónbibliográfica y cartográfica, que haysobre el área del proyecto y de visitasde reconocimiento al sitio, con el finsobre el área del proyecto y de visitasde reconocimiento al sitio, con el finde contar con observaciones y datosque permitan definir los lugaresadecuados para la construcción de laobra.


ESTUDIOS DE DETALLE

Son precedidos por los estudiospreliminares, resultan útiles estosestudios, ya que la finalidad de éstaestudios, ya que la finalidad de éstaetapa es lograr una compresión a fondode la geología del sitio y susalrededores.

Exploración y Muestreo de los Geomateriales – Etapas de exploración


ESTUDIOS DURANTE Y DESPUÉS DE LA CONSTRUCCIÓN

En ésta etapa se llevan acabo levantamientosgeológicos adicionales, así como estudios degeológicos adicionales, así como estudios demecánica de suelos y de rocas si éstos sonnecesarios. A veces estos trabajos son unaconfirmación de lo que se anticipó durante lasinvestigaciones previas.

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MÉTODOS INDIRECTOSMÉTODOS INDIRECTOSMÉTODOS INDIRECTOSMÉTODOS INDIRECTOS

Exploración y Muestreo de los Geomateriales – Métodos Indirectos

�Recopilación de información. Incluyela información publicada a través depublicaciones, informesespecializados, mapas, planos,fotografías aéreas, etc.fotografías aéreas, etc.

� Métodos geofísicos. Incluye ladeterminación de propiedadeseléctricas, sísmicas,magnetométricas, etc. de losmateriales en sitio.

Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales –––– Métodos IndirectosMétodos IndirectosMétodos IndirectosMétodos Indirectos

Los métodos indirectos son los siguientes:

�Fotogeología�Métodos geofísicos� Sísmico� Eléctrico� Electromagnético

Gravimétrico� Gravimétrico�Métodos Eléctricos� Método de resistividad� Método de caídas de potencial�Geosísmico� Reflexión� Refracción

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4.2 FOTOGEOLOGÍA.

La fotogeología es la parte de la geología que se especializaen el estudio de las superficies de cuerpos planetarios através de imágenes por satélite. Para ello, se recurre a lainterpretación de imágenes buscando superficiessuperpuestas y determinando las edades relativas dediferentes unidades al comparar las cantidades de cráteresdiferentes unidades al comparar las cantidades de cráteresque presentan y las discontinuidades de las característicastopográficas.

Es una forma de reconocer geológicamente áreas de granextensión que permiten obtener gran riqueza de detalle,aunque no con una precisión como la que podría obtenerseconjuntamente empleando métodos geológicos y topográficosdirectos.


Metodos geofísicos.

Se determinan propiedadesfísicas del terreno, se realizanfísicas del terreno, se realizandesde la superficie o enprofundidad mediantesistemas mecánicos.


MÉTODO SÍSMICO: estudia la propagacion en el terreno de ondassismicas producidas artificailmente estableciendo su relacion conla configuracion geologica del subsuelo

MÉTODO SÍSMICO(TIPOS DE ONDAS SISMICAS).


MÉTODOS GEOSÍSMICOS

• Refracción sísmica

Objetivo. Deducir la estratigrafía y las propiedades mecánicas de los suelos, a partir de la interpretación de los tiempos de arribo de ondas refractadas en los estratos de mayor densidad.


• REFRACCION SISMICA

• Es el metodo sismico mas empleadoconsiste en la realizacion de perfileslongitudinales instrumentados porsensores, espaciados entre sí unadistancia conocida y generalmente regular.distancia conocida y generalmente regular.La energia que libera el disparo,habitualmente mediante golpeo con unmartillo de 8 kg. llega a los sensoresprovocando una perturbacion que seregistra en un sismografo.


REFRACCIÓN SISMICA.


• SISMODETECTORES O GEÓFONOS

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SISMÓGRAFO GEOMETRICS DE 12 CANALES

Exploración y Muestreo de los Geomateriales – Métodos indirectos

MÉTODO ELÉCTRICO

• Se basa en la determinación de la resistividad de los diferentesmateriales que constituyen el subsuelo, midiendo las variacionesdel potencial eléctrico al inducir una corriente sobre la superficiedel terreno.

*METODOS ELECTRICOS MAS COMUNES:

-SONDEO ELÉCTRICO VERTICAL ( SEV )

-DIPOLO-DIPOLO Ó PSEUDOSECCIONES.


∆V

SONDEOSONDEOSONDEOSONDEO ELÉCTRICOELÉCTRICOELÉCTRICOELÉCTRICO VERTICALVERTICALVERTICALVERTICAL (((( SEVSEVSEVSEV ))))ConsisteConsisteConsisteConsiste enenenen separarsepararsepararseparar sucesivamentesucesivamentesucesivamentesucesivamente loslosloslos electrodoselectrodoselectrodoselectrodos dededede corrientecorrientecorrientecorriente AAAA yyyy BBBBdeldeldeldel puntopuntopuntopunto central,central,central,central, siguiendosiguiendosiguiendosiguiendo unaunaunauna linealinealinealinea recta,recta,recta,recta, yyyy medirmedirmedirmedir lalalala resistividadresistividadresistividadresistividadenenenen cadacadacadacada disposiciondisposiciondisposiciondisposicion....

A M BN

∆V


MÉTODOS GEOELÉCTRICOS

• Resistividad eléctrica

Objetivo. Deducir la estratigrafía y la posición del nivel de aguasfreáticas, a partir de la interpretación de las resistividades medias en lossuelos.


EQUPO DE EXPLORACIÓN GEOELÉCTRICA SCINTREX




• MÉTODOS ELECTROMAGNÉTICOSLos métodos electromagnéticos se basan en elfenómeno de inducción, el cual ha sROPSido descritopor las ecuaciones de Maxwell que son el punto departida de la teoría electromagnética.

� PROSPECCIÓN ELECTROMAGNETICA EN DOMINIO DE FRECUENCIA (PEDF).DOMINIO DE FRECUENCIA (PEDF).

� PROSPECCIÓN ELECTROMAGNETICA EN DOMINIO DE TIEMPOS.

� VLF (VERY LOW FREQUENCY).

� RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE (GPR).


�PROSPECCIÓN ELECTROMAGNETICA EN DOMINIO DE FRECUENCIA (PEDF).

• Consite en la emisión de impulsoselectromagneticos desde una bobinaemisora hasta una receptora situadasemisora hasta una receptora situadassobre el terreno. La profundidad depenetración depende de la frecuenciade emisión, que suele oscilar entrerangos de 100 Hz. a 10 kHz, y de ladistancia entre emisor y receptor.


�PROSPECCIÓN ELECTROMAGNETICA EN DOMINIO DE TIEMPOS.

• En esta tecnica se registran lasvariaciones, con el tiempo, del campomagnetico secundario generado,magnetico secundario generado,mediante el transmisor no emite. Estoevita ruidos y permite utulizar labobina emisora como receptora osituar la bobina receptora en elinterior de la emisora .


• VLF (VERY LOW FREQUENCY).• El campo primario es generado por antenasde radio lejanas(varios cientos o miles dekilometros) de muy baja frecuencia. La granventaja de estos sistemas,independientemente de su precisión, es evitarla puesta en campo de pesados equiposla puesta en campo de pesados equiposgeneradores del campo primario, utilizandosolamente ligeras bobinas que capten elcampo resultante.Las ondas se encuentrandentro de la banda VLF (de 3 a30 kHz) y cadaemisora tiene su frecuencia especifica.


RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE ( GPR )

• El radar de penetración terrestre también conocido como georadar esuna técnica aplicada en estudios geotécnicos con gran éxito ya queproporciona imágenes detalladas del subsuelo.


RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE MARCA RAMAC



METODO GRAVIMETRICO.

El método gravimétrico hace uso decampos de potencial natural igual almétodo magnético y a algunos métodoseléctricos. El campo de potencial naturalobservado se compone de losobservado se compone de loscontribuyentes de las formacionesgeológicas, que construyen la cortezaterrestre hasta cierta profundidaddeterminada por el alcance del métodogravimétrico (o magnéticorespectivamente


• . Generalmente no se puede distinguir las contribuciones a este campo proveniente de una formación o una estructura geológica de aquellas de las otras formaciones o estructuras geológicas por el método estructuras geológicas por el método gravimétrico, solo en casos especiales se puede lograr una separación de los efectos causados por una formación o estructura geológica individual.


• Se realiza mediciones relativas o es decir se mide las variaciones laterales de la atracción gravitatoria de un lugar al otro puesto que en estas mediciones se pueden lograr una precisión satisfactoria más una precisión satisfactoria más fácilmente en comparación con las mediciones del campo gravitatorio absoluto.


• . Los datos reducidos apropiadamente entregan las variaciones en la gravedad, que solo dependen de variaciones laterales en la densidad del material ubicado en la vecindad de la estación de vecindad de la estación de observación.

•


• METODO GRAVIMETRICO.

Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales

MÉTODOS DIRECTOSMÉTODOS DIRECTOSMÉTODOS DIRECTOSMÉTODOS DIRECTOS

Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales Exploración y Muestreo de los Geomateriales –––– Métodos DirectosMétodos DirectosMétodos DirectosMétodos Directos

Los métodos directos de exploraciónpermiten conocer las condicionesgeológicas y geotécnicas del sitio deestudio, mediante la observación de lascaracterísticas in situ de suelos y rocas,complementadas con la obtención decomplementadas con la obtención demuestras de las mismas.

Se incluyen dentro de éstos métodos loslevantamientos geológicos superficiales,perforaciones, trincheras, pozos a cieloabierto y socavones.

Exploración y Muestreo de los Geomateriales – Métodos Directos

• Métodos directos

� Pozos a cielo abierto� Perforación con pala posteadora y barrenas

helicoidales� Sondeos de penetración estándar� Muestreo inalterado con tubo shelby� Muestreo inalterado con tubo shelby� Muestreo con barril Denison� Sondeos de cono eléctrico� Sondeos de cono dinámico� Sondeos exploratorios en roca


• Pozos a cielo abierto• Objetivos:� Observar directamente la estratigrafía del suelo� Obtener muestras inalteradas de los estratos principales� Obtener muestras integrales de la pared del pozo� Realizar pruebas de resistencia al corte in situ por medio del torcómetro de bolsillo

• En los PCA es posible definir la estratigrafía superficial con un gran nivel de detalle


• Ejecución de PCA con equipo mecánico

• Mayor eficiencia, rapidez y comodidady comodidad


• Perforación con pala posteadora y barrenas helicoidalesObjetivos• Obtención de muestras alteradas, pero representativas en cuanto a

contenido de agua. El paso de la hélice debe ser cerrado parasuelos granulares y abierto para suelos plásticos.

• Determinación aproximada de la estratigrafía


• Penetrómetro

En las pruebas de penetración estática y/o dinámica se introduce en el terreno una puntaza de dimensiones normalizadas mediante impacto o presión estática controlada.controlada.

Con estas pruebas se obtienen diagramas de penetración de los que puede deducirse la capacidad portante de los estratos del terreno atravesados por la puntaza.


Se distinguen tres tipos de penetrómetros en función del método utilizado para el avance de penetración.

- Estático- Estático

- Dinámico

- Estático-Dinámico ó mixto


• Penetrómetro dinámico

Tipo de suelo:

Gravas, arenas

Para uso:

Si se sobrepasa el nivel Si se sobrepasa el nivel de agua freático es preferible emplearlos con entubado para evitar hundimientos.


• Penetrómetro estático

Tipo de suelo:

Gravas, arenas

Para uso:

Necesita un gran Necesita un gran contrapeso y construcción muy robusta


• Determinación de resistencia con penetrómetro manual portátil


• - Triconos. Los triconos están diseñados para perforar terrenos desde resistencia media hasta muy dura. Ofrecemos diámetros desde 2-15/16” hasta 26”, con insertos de carburo de tungsteno con insertos de carburo de tungsteno o dientes de acero.



• Brocas tricónicas


• Prueba de penetración estándar

Se realiza una penetración mediante penetrómetro dinámico, a base de una masa de 63. 5 Kg, que se deja caer libremente desde

una altura de 76.2 cm.

Posteriormente se introduce una cuchara normalizada que se hinca 15 cm, se cuenta el número de golpes necesarios para hincar la cuchara 30 cm

Exploración y Muestreo de los Geomateriales –

MUESTRAS GEOTÉCNICAS

Exploración y Muestreo de los Geomateriales – Muestras geotécnicas

Las muestras geotécnicas se toman tanto en sondeos como en calicatas u otros tipo de excavaciones, con el fin de obtener testigos representativos obtener testigos representativos de las características y propiedades del terreno para efectuar ensayos de laboratorio. Los tipos de muestras son los siguientes:


Muestras inalteradas

Son las que no sufren alteraciones en su estructura ni en su contenido en humedad. En sondeos se extraen mediante tomamuestras adecuados y mediante tomamuestras adecuados y en calicatas o excavaciones, mediante el tallado de muestras en bloque o la hinca de tubos por presión o golpeo.


Testigos parafinados

Son testigos de roca procedentes de sondeos que recubren con parafina inmediatamente después de su extracción a fin de no alterar sus extracción a fin de no alterar sus condiciones naturales. Estas muestras son aptas para realizar cualquier tipo de ensayo en laboratorio.


Muestras alteradas

Son muestras que sufren modificaciones en su estructura y en su contenido de humedad, pero conservan su composición mineralógica. Se obtienen mineralógica. Se obtienen habitualmente en calicatas y excavaciones. Permiten la realización de ensayos de laboratorio en suelos de identificación, compactación, etc.


Muestras de agua

Se obtienen de los distintos niveles de acuíferos detectados durante la perforación, con el fin de realizar perforación, con el fin de realizar análisis químicos. Los más característicos son el pH y el contenido en sales y elementos contaminantes.


Toma de muestras en sondeos

En función del sistema de extracción de testigos en el extracción de testigos en el sondeo, los tomamuestras más utilizados son los siguientes:


Tomamuestras a rotación

Se utilizan las propias baterías de los sondeos a rotación provistas de corona. Estas muestras deben de corona. Estas muestras deben ser parafinadas al momento de la extracción.


Baterías de perforación y coronas


Tomamuestras hincados a presión y a golpeo

Consiste en sustituir la batería de perforación por un tomamuestras que se hinca a presión o golpeo. Pueden ser abiertos o cerrados, dependiendo ser abiertos o cerrados, dependiendo de que estén siempre abiertos en su extremo inferior o temporalmente cerrados.


Los abiertos pueden ser a su vez de pared gruesa o delgada; a los primeros corresponde el tomamuestras utilizado en el tomamuestras utilizado en el ensayo de penetración estándar y a los de pared delgada los tubos shelby.


• El número de golpes se utiliza para caracterizar el material, de acuerdo a tablas (en función de si su consistencia es o

Valores de N Compacidad

0 Muy suelta

4 suelta

consistencia es o no cohesiva).

Terrenos no cohesivos

10 media

30 densa

50 Muy densa


• Terrenos cohesivosValores de N Compacidad

0-2 Muy blanda

2-4 blanda

4-8 media4-8 media

8-15 compacta

15-30 Muy compacta

>30 dura





• Muestreo inalterado con tubo Shelby

Objetivos:� Recuperación de muestras relativamente inalteradas, en cuanto al contenido de agua y estructura .

� Determinación de la estratigrafía del subsuelo� Esta prueba generalmente se realiza en conjunto con la de penetración estándar, de manera que se pueden seleccionar los estratos más importantes o representativos para obtener estas muestras inalteradas.


• TUBO SHELBY PARA MUESTREO INALTERADO EN SUELOS BLANDOS


Entre los tomamuestras cerrados está el tomamuestras de pistón, que permite obtener muestras que permite obtener muestras inalteradas de mejor calidad en suelos blandos y muy blandos.


Tomamuestras de pistón


Tubo dentado


MUESTREO CON TUBO DENISON


Las muestras inalteradas pueden extraerse mediante dos procedimientos:

Muestras en bloque: Consiste en el tallado manual de un bloque de suelo, y su inmediato sellado y protección con parafina y vendas.


Muestra en bloque, proceso de tallado


Muestras en bloque y protección de las mismas.


Testificación geotécnica

Consiste en la descripción geológica-geotécnica de los testigos y muestras obtenidas en los sondeos, así como obtenidas en los sondeos, así como de los datos de la perforación. Los testigos deben colocarse y conservarse en cajas de madera o cartón parafinado, etiquetadas.


Testificación geotécnica de suelos


Testificación geotécnica de rocas

Exploración y Muestreo de los Geomateriales –

Ensayos de deformabilidad

Ensayos en suelos: ensayo presiométrico, ensayo de placa de presiométrico, ensayo de placa de carga.

Ensayos en macizos rocosos: ensayo dilatométrico, de placa de carga, de gato plano, métodos sísmicos.


PRESIÓMETRO MENARD


• PRESIOMETRO MENARD


• Sondeos de cono eléctrico y dinámico

• Objetivos:

• Con el cono eléctrico se puede determinar la variación con la determinar la variación con la profundidad de la resistencia de punta del suelo.


• El cono dinámico determina la resistencia del suelo mediante su hincado con golpes.

• Con la interpretación de ambos procedimientos se pueden identificar cambios estratigráficos.cambios estratigráficos.

• Mediante correlaciones empíricas se puede inferir la resistencia al corte del subsuelo.




Sondeos exploratorios en roca

Objetivos:

� Se tiene una recuperación continua de núcleos de roca, con la finalidad de obtener el índice de roca, con la finalidad de obtener el índice de calidad de roca (RQD).

� Se determina la estratigrafía de los estratos de roca.

� A las muestras obtenidas se les pueden realizar pruebas de laboratorio para determinar sus propiedades físicas y mecánicas.


EQUIPO PARA MUESTREO EN ROCA




• EQUIPO PARA MUESTREO EN ROCA

Exploración y Muestreo de los Geomateriales

BIBLIOGRAFÍA:“Ingeniería geológica” De Vallejo Glez. Luis, Ferrer Mercedes, Ortuño Luis, Oteo Carlos. Edit. Prentice Hall2002 Madrid,715 p.p.

“Manual de edificación. Mecánica de los “Manual de edificación. Mecánica de los terrenos y cimientos” Vol. 3García Valcarce A., Gonzaléz Martínez Purificación. Edit. CIE Inversiones editoriales DOSSAT 20012003 España

Exploración y muestreo de los Geomateriales

• http://es.wikipedia.org/wiki/Obtenci%C3%B3n_de_muestras.

• TARBUCK, y LUTGENS. “Introducción a la Geología Física.”

• España.• España.

• Ed. Prentice Hall, 1999

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