1. Exploración Geotécnica

Dr. Jorge E. Alva Hurtado

EXPLORACIN GEOTCNICAEXPLORACIN GEOTCNICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAAFACULTAD DE INGENIERA CIVIL

SECCIN DE POSTGRADO

CONTENIDO

INTRODUCCIN

METODOLOGA DE UN ESTUDIO GEOTCNICO

EXPLORACIN DIRECTA DE CAMPO

EXPLORACIN INDIRECTA A TRAVS DE PROSPECCIN SSMICA


- Reconocimiento geolgico y de sitio: interpretacin del origen y formacin de suelos, evaluacin geolgica, interpretacin de posibles condiciones del subsuelo.

- Planificacin de la exploracin y muestreo: permite ubicar y cuantificar el nmero de sondajes y optimizar el muestreo.

- Recopilacin de informacin: hidrologa, geologa, sismicidad, topografa, etc.

- Ejecucin de ensayos de laboratorio: para la determinacin de los parmetros de los materiales.

- Ejecucin de la exploracin y muestreo: ejecucin de sondajes y obtencin de muestras disturbadas e inalteradas.

- Interpretacin de la investigacin geotcnica:evaluacin de los datos de campo y laboratorio.

- Anlisis y diseo geotcnico


EXPLORACIN DIRECTA DE CAMPO

Exploracin a Travs de Pozos Abiertos y Posteadora

Exploracin con Mtodos de Penetracin Dinmica- Ensayo de Penetracin Estndar- Ensayo con Cono Peck- Ensayo con DPL- Ensayo con Cono Sowers

Exploracin con Mtodos de Penetracin Quasiesttico- Cono Holands

Ensayos Especiales in-situ- Ensayo de Carga- Ensayo de Corte Directo

EXPLORACIN DE CAMPO CON CALICATAS Y POSTEADORA

EXPLORACIEXPLORACIN DE CAMPO CON N DE CAMPO CON CALICATAS Y POSTEADORACALICATAS Y POSTEADORA

- Excavacin manual con pico y lampa

- Excavacin con equipo mecnico

EXPLORACIN DIRECTA CON CALICATAS

Desventaja:

- Profundidad limitada

- Paredes inestables ante la presencia de agua

Ventaja:

- Extraccin de muestras disturbadas e inalteradas

- Visualizacin directa de la estratigrafa

- Posteadora manual

- Posteadora mecnica

EXPLORACIN DIRECTA CON POSTEADORA

Equipo:Tubera, una T y en su parte inferior una mecha

Ventaja:- Auscultacin rpida del terreno

Desventaja:- No se extraen muestras inalteradas

- Imposible de realizar en arenas limpias secas o saturadas

10 cm

Extensin

POSTEADORO 3" - 8"

Post hole Digger

O 2" - 3 1/2"

O 2" - 3 1/2" O 2" - 5 1/2"

POSTEADORA MANUAL

ACCESORIOS:

- MANIVELA- TUBERIA DE PERFORACIN- MECHA

EXPLORACIEXPLORACIN DE CAMPO CON N DE CAMPO CON ENSAYOS DE PENETRACIENSAYOS DE PENETRACIN N

ESTESTNDAR NDAR -- (SPT)(SPT)

A) GENERALIDADES

Procedimiento ampliamente utilizado para determinar caractersticas de resistencia y compresibilidad de suelos.

B) PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO

Ejecucin de la perforacin

- con barrenos (posteadora)

- a rotacin

- por lavado wash boring

Ejecucin del muestreo

Se realiza con un muestreador de caa partida

C) REGISTRO DE PENETRACIN

Resistencia a la penetracin: golpes necesarios para hincar los ltimos 30 cm de un total de 45 cm.

D) INTERPRETACIN DE RESULTADOS

La resistencia a la penetracin es un indicador de la compacidad de suelos arenosos y un indicador de la consistencia y resistencia de suelos cohesivos.

Trpode de tubos 2 1/2

Manguera

Mango para rotacinparcial de la barra

Terreno Natural

Soga 1

Depsito de agua de lavado

Barra deperforacin

Cincel

Motor con cajareductora Forro

Bomba

Polea para la soga

Elevador

CINCEL RECTO

BARRA CONUNION

CINCEL DE CRUZ

SOSTENEDOR DE BARRAS

ELEVADOR

PERFORACIN POR LAVADO WASH BORING

MartilloGua de hinca

Cabezal de hinca

Trpode de Tubo de dimetro 2 1/2

1 1/2

Cuchara

Cadena de fierro

Gua

CUCHARA 2 - 4 1/2

MARTILLO

ENSAYO DE PENETRACIN ESTNDAR - SPT

MARTILLO DE PENETRACIN SPT (140 LIBRAS)

PUNTA Y CABEZAL DEL CONO DE PECK

PARA PERFORAR CON AGUA A PRESIN (CHOPPING BIT)

ACCESORIOS CON BROCAS DE

TUNGSTENO PARA PERFORACIN

MUESTREADOR SHELBY

Norma : ASTM D1556Funciones : Determinacin de la consistencia y resistencia

cortante de los suelos en profundidad.Procedimiento :- Ejecucin de la Perforacin- Ejecucin del Muestreo

Suelos Adecuados para la Ejecucin del Ensayo- Arenosos- Limo Arenosos- Areno Limosos- Arcillas

Suelos Inadecuados para el Ensayo- Aluvionales- Aluviales- Suelos Gravosos y Heterogneos con Gravas

ENSAYO DE PENETRACIN ESTANDAR (SPT)

EVALUACIN DE LA COMPACIDAD RELATIVA Y RESISTENCIA DE LOS SUELOS COHESIVOS

COMPACIDAD RELATIVA DE LA ARENA

RESISTENCIA DE LOS SUELOS COHESIVOS

Nmero de Golpes del SPT Compacidad Relativa

0 4 Muy Suelta5 10 Suelta

11 20 Firme21 30 Muy Firme31 50 Densa

Ms de 50 Muy Densa

N de Golpesdel SPT

Consistencia Resistencia a la CompresinSimple en (Kg/cm2)

< 2 Muy Blanda < 0.252 4 Blanda 0.25 0.504 8 Media 0.50 1.00

8 15 Firme 1.00 2.0015 30 Muy Firme 2.00 4.00

> 30 Dura < 4.00

DIVERSOS FACTORES DE CORRECCINSEGN DIVERSOS AUTORES

Referencia Factor de Correccin CN Unidad de vTeng (1962)

Bazaraa (1967)

Peck Hansen, yThourburn (1974)

Seed (1976)

Seed (1979)

Tokimatsu yYoshimi (1983)

VN 10

50C +=

V10N

20log77.0C =

V10N log25.11C =

Ver Fig. 1(b)

VN 7.0

7.1C +=

psi

ksf

tsf

tsf

Kg/cm2

5.15.025.3

4

5.1214

CV

V

VV

N

>+

+=

Sin embargo, se propone unfactor de correccin simple elcual es comparable concualquiera de las indicadas enla tabla anterior.

El factor propuesto para lacorreccin del valor del SPTes:

(Liao y Whitman, 1991)

en Kg/cm20.21

Arcilla )cm/kg(8Nq 2u = Terzaghi

Arcilla limosa )cm/kg(5Nq 2u = Terzaghi y Peck

Arcilla areno limosa )cm/kg(8Nq 2u = Terzaghi y Peck

Para todas las arcillas )/(33.1 2cmkgNqu = Graux

RELACIONES ENTRE EL NMERO DE GOLPES NY LA CONSISTENCIA DE LAS ARCILLAS

Su (tsf)

25

20

15

10

5

1.0

27

0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.00.5 3.5

TERZAGHIy PECK

Arcilla deplasticidad media

Arcilla dealta plasticidad

SOWERSarcilla debaja plasticidad

NSPT

Correlacin de N (SPT) con la resistencia cortante no drenada (Su) de suelos cohesivos de diferentes plasticidades(ref. NAVFAC, 1971)

Rgida

30

16

2

32

8

4

Dura

Muy Blanda

Firme

Blanda

MuyDura

EXPLORACIN CON EL ENSAYO DE PENETRACIN

DINMICA DPL

EQUIPO DPLEQUIPO DPLDIN 4094DIN 4094

CABEZAL, MARTILLO CABEZAL, MARTILLO Y GUIA DEL DPLY GUIA DEL DPL

EJECUCIEJECUCIN DE LA N DE LA PRUEBA DPLPRUEBA DPL

REGISTRO DPLREGISTRO DPL--55NDPL-5 NSPT

CONO SOWERS

- Equipo desarrollado por el profesor George Sowers 1959

- Se utiliza para exploracin de suelos superficiales

- Caractersticas del equipo:

Un martillo de 15 lb de pesoAltura de cada 20 pulgadasUna punta cnica de 60 de inclinacin y 1.5 de dimetro

CARACTERSTICAS DELEQUIPO CONO SOWERS

A.- SUELO COLUVIAL NATURAL

B.- COMPACTADO AL 95%

C.- SUELO COMPACTADO AL 90%

D.- SUELO COMPACTADO AL 85%

E.- SUELOS ARENOSOS DE LA COSTA

F.- SUELO ALUVIONAL DE CERRO

CORRELACIONES ENTRE EL SPT Y EL CONO SOWERS

EXPLORACIN DE CAMPO CON ENSAYOS DE PENETRACIN

QUASIESTTICA

CONO HOLANDS - (CPT)

EXPLORACIEXPLORACIN DE CAMPO CON N DE CAMPO CON ENSAYOS DE PENETRACIENSAYOS DE PENETRACIN N

QUASIESTQUASIESTTICATICA

CONO HOLANDCONO HOLANDS S -- (CPT)(CPT)

EXPLORACIN QUASI ESTTICA CON EL CONO HOLANDES

OBJETIVO: OBTENER RESISTENCIA POR PUNTA Y/O FRICCINLATERAL TIPOS DE PUNTA: DELF Y BEGEMANN

DETERMINACIN DE RESISTENCIA:

Resistencia por punta: qc=Qc/AcQc=Fuerza necesaria para hincar el cono en KgAc=rea transversal del cono (10 cm)qc=Resistencia de punta (Kg/cm)

Resistencia por friccin: fs=Fs/AsFs=Fuerza necesaria para hincar el cono y la funda (Kg, enzonas que lo miden directamente (Fs=Rt-Qc)As=rea lateral del manguito, 150 cmfs=(Rt-Qc)/AfRt=Resistencia necesaria para hincar el cono y el manguito en Kg, enconos que miden ambas variables

A) GENERALIDADES

- Usado en Europa desde 1920

- En Estados Unidos desde 1960

- En el Per desde 1984

B) DESCRIPCIN DEL EQUIPO

- Equipo de penetracin esttica

- Tubera de acero de 1 m y barras slidas interiores concntricas (ext=3.6 cm y int= 1.6 cm)

- Punta Cnica

Se transmite la fuerza a travs de las barras interiores y esta al cono, midiendo cada 20 cm la resistencia por punta y/o friccin.

C) PUNTA DE PENETRACIN

Punta DELFT

- Punta cnica de 3.6 cm de dimetro y 10 cm2 de rea

- Se encuentra montada en el extremo inferior de una funda deslizante de 9.9 cm de longitud

- El cono penetra debido a la fuerza axial de un vstago

- Se mide la presin que transmite en la punta

Punta BEGEMANN

- Punta cnica de 3.57 cm. de dimetro y 10 cm2 de rea

- Se encuentra montado en un pieza cilndrica deslizante de 11.1 cm

- Posee una funda de 13.3 de longitud y 3.6 cm de dimetro

- Se mide la presin por punta y friccin

3Punta Cnica Copla

Funda cilndrica Barra slida

Funda de friccin

23 4 5

B

1

35.7 m m

60

23 m m 20 m m

15

133 m m 47 m m

12.5 m m

30 m m

A

32.5 m m

B

1

5

4 POSICION CERRADA

POSICION EXTENDIDA

A

36

265 m m

69 m m

2

ENSAYO DE PENETRACIN CONO HOLANDSEsquema de Punta Cnica

ACCESORIO PARA ANCLAJE DEL

EQUIPO

MANMETRO PARA CALCULAR LA PRESIN

D) DETERMINACIN LA RESISTENCIA

qc =

donde :Qc = fuerza para hincar el cono en kgAc = rea transversal del conoqc = resistencia de la punta

QC

c

FC

cfs =

donde :FS = fuerza para hincar el cono y la funda en kgAS = rea lateral de la fundafS = resistencia por friccin

qs

fs

20

2

30 5010 60400

3

5

1

6

70.6

4

1.20.2 0.4 0.80

P

r

o

f

u

n

d

i

d

a

d

,

m

GRFICA DE PENETRACIN ESTTICA

Resistencia de punta qc, kg/cm2

Resistencia de friccin fs, kg/cm21.0

80

0.2

16040 200 240 280 320 360 400 440

2

1200 0

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.1

0.9

1.0

0.8

480

3

4

5

6

1 = 42 = 40

= 36

= 44

= 34

= 28

= 38

= 32

= 30

P

r

e

s

i

n

d

e

s

o

b

r

e

c

a

r

g

a

e

f

e

c

t

i

v

a

K

g

/

c

m

2

Resistencia por punta del cono (Tn/pie2)

CORRELACIN DE PRESIN DE SOBRECARGAEFECTIVA Y RESISTENCIA POR PUNTA DE CONO

E) CORRELACIN CON EL ENSAYOS DE PENETRACIN ESTNDAR

Tipos de Suelos qc/N

Limos, limos arenosos, mezclas de limoarena-arena ligeramente cohesiva

2.0

Arenas limpias a medias y arenasligeramente limosa

3.5

Arenas gruesas y arenas con algo degrava

5

Gravas arenosas y gruesas 6

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

CISMID - LABORATORIO GEOTECNICOREGISTRO DE SONDAJES

SolicitadoProyectoUbicacin Cota Superficial

Operador

Revisado

Fecha Profundidad N.F.(m)Profundidad Total (m)

Ensayo de Penetracin

Grfica de N

Estndar

N golpes/30 cm.

::::

::

:

:

:

ARENA

LIMO, ARCILLA

TURBA

ARENA GRUESAY GRAVA

R

E

S

I

S

T

E

N

C

I

A

D

E

P

U

N

T

A

,

K

g

/

c

m

2

FRICCIN LATERAL, Kg/cm2

02

100

200

ARCILLA

300

3 4 5 61

CLASIFICACIN DE SUELOS CON PENETRMETRO ESTTICOELECTRNICO (Sanglerat, G., 1972)

Arena

(Suelta)

Mezclas limo-arena,arenas arcillosasy limos

A

r

e

n

a

s

c

o

n

c

o

n

c

h

a

s

Arcillas inorgnicas ymezclas de suelos

Duras

(Compacta ocementada

Medias

Blandas

Muy blandas

Muy duras

Arcillas inorgnicano sensitivas

100

10

23

200

1 4 5 6 72 8

R

E

S

I

S

T

E

N

C

I

A

D

E

P

U

N

T

A

q

c

,

K

g

/

c

m

2

RELACION DE FRICCIN fs/qc, %

CLASIFICACIN DE SUELOS CON PENETRMETROESTTICO (Sanglerat, J.H., 1977)

Arena

Arcilla

Arena gruesa y grava

30Limo, Arcilla

R

e

s

i

s

t

e

n

c

i

a

d

e

p

u

n

t

a

,

K

g

/

c

m

2

Friccin lateral, Kg/cm2

Turba

50

0

40

20

1.5

10

0.5 2.01.0

CLASIFICACIN DE SUELOS BLANDOSO SUELTOS

ENSAYOS DE CARGA DIRECTAENSAYOS DE CARGA DIRECTAIn-situ

ENSAYO DE CARGA IN-SITU

INSTALACIINSTALACIN DE LA PLACA N DE LA PLACA

INSTALACIINSTALACIN DE LOS SOPORTES PARA LOS EXTENSN DE LOS SOPORTES PARA LOS EXTENSMETROS Y LA CELDA METROS Y LA CELDA DE CARGADE CARGA

ENSAYO DE PLACAENSAYO DE PLACA

EQUIPO DE ADQUISICIEQUIPO DE ADQUISICIN DE DATOSN DE DATOS

ENSAYO DE CARGA DIRECTA

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ASENTAMIENTO (mm)

C

A

R

G

A

(

K

g

/

c

m

2

)

ENSAYOS DE CORTE DIRECTOENSAYOS DE CORTE DIRECTOIn-situ

TALLADO DE LA MUESTRA PARA EL ENSAYO DE CORTE DIRECTOTALLADO DE LA MUESTRA PARA EL ENSAYO DE CORTE DIRECTO

LA MUESTRA-BLOQUE HA SIDO CONFINADA CON LAS

PLANCHAS METLICAS

DETALLE DE LA INSTALACIN DEL EQUIPO DE CORTE DIRECTO

INSTANTES EN QUE SE REALIZA EL ENSAYO DE CORTE DIRECTO

EXPLORACIN INDIRECTA MEDIANTE REFRACCIN SSMICA

EXPLORACIEXPLORACIN INDIRECTA MEDIANTE N INDIRECTA MEDIANTE REFRACCIREFRACCIN SN SSMICASMICA

A) USO- Exploracin rpida y econmica de grandes reas.

- Permite obtener espesores de estratos y las velocidades de ondas P y de ondas S.

B) DEFINICIN- Medicin de los tiempos de viaje de las ondas

compresionales (P) y de las ondas de corte (S).

C) FUENTE DE ENERGA- Golpe de martillo o carga explosiva.

F) APLICACIONES- Determinacin de la estratigrafia del subsuelo

- Determinacin de la profundidad del basamento rocoso

- Determinacin de parmetros dinmicos

ENSAYO DE REFRACCIN SSMICA

Disposicin detallada de la conexin de cables a los gefonos, trigger, equipo de adquisicin y amplificador

Perfil Estratigrfico Presa de Relaves Casapalca

shot0210 0209shot shot0208 0207shot 0206shot

0204shot

shot0203

0202shot

0201shot

Interseccincon la lnea01

Material de Relave

Suelo Firme

Lnea 02 - 01

Lnea 02 - 02

Vp = 900 - 1000 m/s

Vp = 2300 - 2500 m/s

4205

4185

4165

4145

41250 20 40 60 80 100 120 140

C

o

t

a

d

e

l

T

e

r

r

e

n

o

(

m

.

s

.

n

.

m

.

)

Distancia (m)

LEYENDA

TERRENOESTRATO 1ESTRATO 2ESTRATO 3

SHOT

Cilindrode gas Regulador

Amplificador

Monitor

Registradorde datos

Carga

Martillo demadera

Estaca

Ondas POndas S

Tubo de PVC

Transductor de 3componentes

ESQUEMA DEL ENSAYO DE MEDICIN EN POZOS DE ONDAS P Y S

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.120.00

1.0

2.0

4.0

0.0

7.0

3.0

5.0

9.0

12.0

6.0

10.0

8.0

13.0

14.0

15.016.0

17.0

18.019.020.020.320.8

11.0

Tiempo (segundos)

P

r

o

f

u

n

d

i

d

a

d

(

m

)

(Ondas P)

0.08

3.0

0.12 0.18 0.20 0.240.040.00

0.0

1.0

4.0

5.06.07.0

8.0

9.0

10.011.0

13.0

2.0

14.0

15.016.017.018.0

19.020.020.320.8

12.0

Tiempo (segundos)

P

r

o

f

u

n

d

i

d

a

d

(

m

)

(Ondas S)

0.020 0.040 0.060 0.080 0.100

0.0

Valor Corregido

Valor Observado

0.000

15.0

5.0

20.0

10.0

1800 m/s

260 m/s

1080 m/ s

500 m/s

310 m/s

P

r

o

f

u

n

d

i

d

a

d

(

m

)

(Ondas P)

Curvas Distancia - Tiempo

Tiempo (segundos)

0.040 0.080 0.120 0.160 0.2000.000

Valor Corregido

Valor Observado

400 m/s

100 m/l 120 m/s

100 m/s

180 m/s

190 m/s

5.0

15.0

0.0

20.0

10.0

(Ondas S)

Curvas Distancia - Tiempo

P

r

o

f

u

n

d

i

d

a

d

(

m

)

Tiempo (segundos)

VALORES PROMEDIO DE Vp SEGN LA NORMAASTM-D5777

Descripcinpie/s m/s

Velocidad Vp

Suelo intemperizado

Grava o arena seca

Arena saturada

Arcilla saturada

Agua

Agua de mar

Arenisca

Esquisto, arcilla esquistosa

Tiza

Caliza

Granito

Roca metamrfica

800 a 2000

1500 a 3000

4000 a 6000

3000 a 9000

4700 a 5500

4800 a 5000

6000 a 13000

9000 a 14000

6000 a 13000

7000 a 20000

15000 a 19000

10000 a 23000

240 a 610

460 a 915

1220 a 1830

910 a 2750

1430 a 1665

1460 a 1525

1830 a 3960

2750 a 4270

1830 a 3960

2134 a 6100

4575 a 5800

3050 a 7000

ESTACIN PORTTIL DE PROSPECCIN SSMICA SMART-SEIS S24 DE 24 CANALES (GEOMETRICS)

MARTILLO DE 25 LBS. UTILIZADO GENERALMENTE EN LNEAS PEQUEAS

MARTILLO DE 75 Kg, UTILIZADO EN LNEAS DE LONGITUDES MAYORES A 100 m

PREPARACIN DE EXPLOSIVO PARA GENERAR UNA ONDA SSMICA

COLOCACIN DE EXPLOSIVO PARA LA GENERACIN DE LA ONDA SSMICA

DISPARO PRODUCIDO POR EXPLOSIVO

USO DE CALICATAS PARA DETERMINAR MDULOS DE CORTE

COLOCACIN DE GEFONOS EN LA PARED DE LA CALICATA

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1. Exploración Geotécnica