1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Facultad de Ingeniería Civil
ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA
Dr. ZENON AGUILAR BARDALES
CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES
SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES - CISMID

2. CONTENIDO
1 INTRODUCCIÓN GENERAL
2 METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
3 EXPLORACIÓN DIRECTA DE CAMPO
4 EXPLORACIÓN INDIRECTA A TRAVÉS DE
PROSPECCIÓN SÍSMICA
5 ENSAYOS DE LABORATORIO
6 CONCLUSIONES

3. 2. METODOLOGÍA DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
- Recopilación de información: hidrología, geología,
sismicidad, topografía, etc.
- Reconocimiento geológico y de sitio: interpretación del
origen y formación de suelos, evaluación geológica,
interpretación de posibles condiciones del subsuelo.
- Planificación de la exploración y muestreo: permite ubicar y
cuantificar el número de sondajes y optimizar el muestreo.

4. - Ejecución de la exploración y muestreo: ejecución de
sondajes y obtención de muestras disturbadas e
inalteradas.
- Ejecución de ensayos de laboratorio: para la
determinación de los parámetros de los materiales.
- Interpretación de la investigación geotécnica: evaluación
de los datos de campo y laboratorio.
- Análisis y diseño geotécnico

5. 3. EXPLORACIÓN DIRECTA DE
CAMPO
• Exploración a través de pozos abiertos y
posteadora
• Exploración con ensayos de penetración
estándar (SPT)
• Exploración con ensayos de penetración cono
holandés (CPT)

6. EXPLORACIÓN DE CAMPO CON
CALICATAS Y POSTEADORA

7. EXPLORACIÓN DIRECTA CON CALICATAS
- Excavación manual con pico y lampa
- Excavación con equipo mecánico
Ventaja:
- Extracción de muestras disturbadas e inalteradas
- Visualización directa de la estratigrafia
Desventaja:
- Profundidad limitada
- Paredes inestables ante la presencia de agua

10. EXPLORACIÓN DIRECTA CON POSTEADORA
- Posteadora manual
- Posteadora mecánica
Equipo:
Tubería, una T y en su parte inferior una mecha
Ventaja:
- Auscultación rápida del terreno
Desventaja:
- No se extraen muestras inalteradas
- Imposible de realizar en arenas limpias secas o
saturadas

11. 10 cm
Extensión
POSTEADOR O 2" - 3 1/2"
O 3" - 8"
Post hole Digger
O 2" - 3 1/2" O 2" - 5 1/2"

14. EXPLORACIÓN DE CAMPO CON
ENSAYOS DE PENETRACIÓN
ESTÁNDAR - (SPT)

15. A) GENERALIDADES
Procedimiento ampliamente utilizado para determinar
características de resistencia y compresibilidad de suelos.
B) PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO
Ejecución de la perforación
- con barrenos (posteadora)
- a rotación
- por lavado “wash boring”
Ejecución del muestreo
Se realiza con un muestreador de Caña Partida

16. PERFORACIÓN POR LAVADO “WASH BORING”
Polea para la soga
Trípode de tubos
φ 2 1/2”
Soga φ 1”
Elevador
Mango para rotación
parcial de la barra
SOSTENEDOR DE
BARRAS BARRA CON
UNION
Manguera
Bomba
Terreno
Natural
Depósito de
Motor con caja agua de lavado
reductora ELEVADOR
Forro
Barra de CINCEL CINCEL DE
perforación RECTO CRUZ
Cincel

17. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR - SPT
Trípode de Tubo de
diámetro φ 2 1/2”
Guía de
Martillo hinca
Cadena de
fierro
Guía
Cabezal de
hinca
Φ 1 1/2”
MARTILLO CUCHARA
Φ 2” - 4 1/2”
Cuchara

18. C) REGISTRO DE PENETRACIÓN
Resistencia a la penetración: golpes necesarios para hincar
los últimos 30 cm de un total de 45 cm.
D) INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
La resistencia a la penetración es un indicador de la
compacidad de suelos arenosos y un indicador de la
consistencia y resistencia de suelos cohesivos.

31. Compacidad Relativa de Arenas
Número de Golpes Compacidad Relativa
0–4 Muy suelta
5 - 10 Suelta
11 - 30 Medianamente Compacta
31 - 50 Compacta
> 50 Muy Compacta

32. Consistencia y Resistencia de Suelos Cohesivos
Resistencia a la
Número de
Consistencia Compresión
Golpes
Simple, qu (kg/cm2)
<2 Muy Blanda < 0.25
2-4 Blanda 0.25 - 0.50
4-8 Media 0.50 - 1.00
8 - 15 Firme 1.00 - 2.00
15 - 30 Muy Firme 2.00 - 4.00
> 30 Dura > 4.00

33. NSPT
Rígida
32
30
SOWERS
arcilla de 27
25 baja plasticidad
Muy
20 Arcilla de
Dura
plasticidad media
TERZAGHI
y PECK
16
15
Dura
10 Arcilla de
alta plasticidad 8
Firme
5
4 Blanda
2
Muy Blanda
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Su (tsf)
Correlación de N (SPT) con la resistencia cortante no drenada
(Su) de suelos cohesivos de diferentes plasticidades
(ref. NAVFAC, 1971)

34. EXPLORACIÓN DE CAMPO CON
ENSAYOS DE PENETRACIÓN CONO
HOLANDÉS - (CPT)

35. A) GENERALIDADES
- Usado en Europa desde 1920
- En Estados Unidos desde 1960
- En el Perú desde 1984
B) DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
- Equipo de penetración estática
- Tubería de acero de 1 m y barras sólidas interiores
concéntricas (φext=3.6 cm y φ int= 1.6 cm)
- Punta Cónica
Se transmite la fuerza a través de las barras interiores y
esta al cono, midiendo cada 20 cm la resistencia por punta
y/o fricción.

36. C) PUNTA DE PENETRACIÓN
Punta DELFT
- Punta cónica de 3.6 cm de diámetro y 10 cm2 de área
- 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 vástago
- Se mide la presión que transmite en la punta
Punta BEGEMANN
- Punta cónica de 3.57 cm. de diámetro y 10 cm2 de área
- Se encuentra montado en un pieza cilíndrica deslizante
de 11.1 cm
- Posee una funda de 13.3 cm de longitud y 3.6 cm de
diámetro
- Se mide la presión por punta y fricción

37. ENSAYO DE PENETRACIÓN CONO HOLANDÉS
Esquema de Punta Cónica
2
4 5
1 A 3
Φ15
265 m m
Φ12.5 m m
69 m m 133 m m 47 m m
60°
Φ 36
B Φ 20 m m
Φ 23 m m Φ 30 m m
Φ 32.5 m m
Φ 35.7 m m
1 Punta Cónica 4 Copla
A POSICION CERRADA
2 Funda cilíndrica 5 Barra sólida
B POSICION EXTENDIDA
3 Funda de fricción

40. D) DETERMINACIÓN LA RESISTENCIA
QC
qc =
Αc
donde :
Qc = fuerza para hincar el cono en kg
Ac = área transversal del cono
qc = resistencia de la punta
FC
fs =
Αc
donde :
Fc = fuerza para hincar el cono y la funda en kg
AS = área lateral de la funda
fS = resistencia por fricción

41. Resistencia de punta qc, kg/cm2
0 10 20 30 40 50 60
1
fs
2
qs
Profundidad, m
3
4
5
6
7
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
Resistencia de fricción fs, kg/cm2
GRÁFICA DE PENETRACIÓN ESTÁTICA

42. E) CORRELACION CON EL ENSAYOS DE PENETRACION
ESTANDAR
Tipos de Suelos qc/N
Limos, limos arenosos, mezclas de limo 2.0
arena-arena ligeramente cohesiva
Arenas limpias a medias y arenas 3.5
ligeramente limosa
Arenas gruesas y arenas con algo de 5
grava
Gravas arenosas y gruesas 6

43. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
CISMID - LABORATORIO GEOTECNICO
REGISTRO DE SONDAJES
Solicitado:
Proyecto : Revisado :
Ubicación: Cota Superficial :
Fecha : Profundidad N.F.(m) :
Operador : Profundidad Total (m) :
Ensayo de Penetración
Estándar
Gráfica de N
N° golpes/30 cm.

44. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Facultad de Ingeniería Civil
4. MÉTODOS DE
EXPLORACIÓN GEOFÍSICA
CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES
SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES - CISMID

45. GRAVIMÉTRICO
REFLEXIÓN
MAGNETOMÉTRICO SÍSMICA
EXPLORACIÓN
GEOFÍSICA SISMOLÓGICO
ELÉCTRICO REFRACCIÓN
GEOTÉRMICO SÍSMICA
RADIOACTIVO
DIRECTA
DA
JA
FLE
RE
ic
ic
i r
V1
REFRACTADA V2

46. Métodos Geofísicos Sísmicos
Ensayos de Reflexión y Refracción Sísmica
Ensayos down hole, up hole y cross hole
Ensayos de vibración superficial (ondas Rayleigh)
Ensayo con el Cono Sísmico
Ensayo con la Sonda de Suspensión
Medición de Microtrepidaciones

47. MÉTODO DE REFRACCIÓN
SÍSMICA

48. ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA
• Determinación de Perfiles Sísmicos del Subsuelo
• Medición de Velocidades de Propagación de las Ondas
P y en algunos casos de las Ondas S.
• Determinación de los Parámetros Dinámicos del Suelo

49. Ensayo de refracción sísmica

50. Unidad de Adquisición y Procesamiento de Datos
(Ensamblado final)

51. Geófono vertical y cable conductor de señales
para realizar ensayos de refracción sísmica y
ensayos en pozo abierto de poca profundidad

52. FUNDAMENTO
TEÓRICO

53. Posiciones del Frente de Ondas en un Medio de
Dos Estratos a tiempos t1, t2,...
Xc
Disparo
t2 t1
Frente de
Ondas
t3
t4
t5
t8 t7 t6

54. Ley de Snell
• Cuando la onda sísmica alcanza la frontera
entre dos materiales de distinta velocidad
sísmica, las ondas se reflejan y se refractan.
• Cuando el ángulo de incidencia iguala al ángulo
crítico en la frontera, la onda refractada se
mueve a lo largo de la frontera entre los dos
materiales, transmitiendo energía de nuevo a la
superficie.
• Esta frontera es llamada un refractor.

55. Refracción de Trayectoria de los Rayos a Través de
una Frontera entre Dos Medios Elásticos
Fuente
sen i = V1
Estrato 1
sen r V2
Velocidad = V1
α Angulo Crítico
=
de Incidencia
i
α
Estrato 2 °
r 90
Velocidad = V2

56. • Parámetros:
- Tiempo de inicio del movimiento sísmico (tiempo cero)
- Distancia entre el punto de impacto y el sensor
- Primer arribo de energía sísmica que llega a los
sensores
DIRECTA
DA
JA
FLE
RE
ic
ic
i r
V1
REFRACTADA V2

57. PROCEDIMIENTO
DEL
ENSAYO

58. ENSAYO DE REFRACCIÓN SISMICA
PLANEACIÓN
OPERACIÓN Y
OBSERVACIÓN
DE CAMPO
PREPARACION
DE LOS DATOS
INTERPRETACION
DE RESULTADOS

59. OPERACIÓN Y OBSERVACIÓN DE CAMPO
DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE TENDIDO
L
L > 4h - 3h
h
DETERMINACION DE LA GEOMETRÍA DE LOS PUNTOS DE IMPACTO
L
shot shot shot shot shot shot shot
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
L/2 L/2 L/2 L/2
e : espaciamiento entre geófonos

61. INTERPRETACIÓN
DE
RESULTADOS

62. Caso Simple de Dos Estratos con Límites Planos y Paralelos
Curva Tiempo - Distancia Correspondiente
t
TIEMPO DE 1
INTERSECCION, Ti v2
TIEMPO
XC V2 - V1
D1 =
2 V2 + V1 1
v1
DISTANCIA CRITICA, X C
X
DISTANCIA
DISPARO
H
E
v1 α D1
F G
v2 v1
(SIN α = v
2

63. APLICACIONES

64. Determinación de la superficie de deslizamiento

66. PERFIL ESTRATIGRAFICO
Puente Santo Cristo : Línea 01-01
1600
1590
1580
01
02
03 07 04
1570 06 05
shot
Cota (m.s.n.m)
material aluvional terreno
1560
estrato 1
1550 estrato 2
roca fracturada o muy alterada
1540
1530
1520
10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Distancia (m)
roca poco alterada

67. VENTAJAS
• Permite cubrir rápidamente grandes áreas a un costo
comparativamente bajo.
• No altera ni modifica las condiciones y propiedades
naturales de las rocas y suelos.
• El ensayo no es estorbado por boleos, cantos rodados
ni gravas gruesas.

68. VALORES PROMEDIOS DE Vp SEGÚN LA NORMA ASTM-D5777
Velocidad Vp
Descripción
pie/s m/s
Suelo intemperizado 800 a 2000 240 a 610
Grava o arena seca 1500 a 3000 460 a 915
Arena saturada 4000 a 6000 1220 a 1830
Arcilla saturada 3000 a 9000 910 a 2750
Agua 4700 a 5500 1430 a 1665
Agua de mar 4800 a 5000 1460 a 1525
Arenisca 6000 a 13000 1830 a 3960
Esquisto, arcilla esquistosa 9000 a 14000 2750 a 4270
Tiza 6000 a 13000 1830 a 3960
Caliza 7000 a 20000 2134 a 6100
Granito 15000 a 19000 4575 a 5800
Roca metamórfica 10000 a 23000 3050 a 7000

69. ENSAYO
DOWN HOLE

70. Esquema del Ensayo Down Hole
CILINDRO REGULADOR MONITOR
DE GAS
MARTILLO AMPLIFICADOR
MONITOR
DE DATOS
ESTACA CARGA
TABLA
ONDAS P ONDAS S
TUBO DE
TRANSDUCTOR
CAUCHO DE 3
COMPONENTES
POZO

71. Tiempo
0. 00 0. 02
(Seg.) 04
0. 0. 06 0. 08 0. 10
0. 12
Registros de 0
1
Ondas P 2
3
4
5
Profundidad (m)
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
15
17
18
19
20
20.3
20.8
(Ondas P)

72. Tiempo
(Seg.)
0. 00 0. 04 0. 08 0. 12 0. 16 0. 20
0. 2 4
Registros de 0
1
Ondas S 2
3
4
5
Profundidad (m)
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
15
17
18
19
20
20.3
20.8
(Ondas S)

73. Determinación de Propiedades Dinámicas
de los Materiales.
ρ = 0.2 Vp 0.25
Donde:
)2
(Vp /Vs - 2 ρ = densidad volumétrica.
ν=
2 ((Vp /Vs )2 - 1) ν = relación de Poisson.
Gd = módulo de corte.
Gd = ρ Vs 2 Ed = módulo de Young.
Ed = 2 (1 + ν )G

74. Ejemplo de Prospección de velocidades por el método Downhole
Tipo
m de Valor de N Tiempo de Viaje ( x 10 -2 ) sec.
Suelo 10 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1.35 mm
Owi Island
580 210
N°1 C2
5 Vs = Tokyo Bay
155 m sec
100
Vp =
10 1300 m sec 140
120
15
195
1890
150
20