Capitulo 3: Exploracion y Muestreo.

MECANICA DE SUELOS – INGENIERIA CIVIL – Prof: R.G.A.
EXPLORACION Y MUESTREO
METODOS DE
EXPLORACION
3:05 1

EXPLORACION
DIRECTA: SONDEOS
INDIRECTA: SONDEOS GEOFISICOS
SUBSUPERFICIALES
PROFUNDOS
fotografías aéreas, mapas
topográficos, interpretación de
mapas e informes de reportes
geológicos o estudios de suelo
previamente desarrollados
3:09 2
MUESTREO
Fuente: Gallardo, R. 2014

OBJETIVO:
 DETERMINAR PERFIL ESTRATIGRAFICO,
 PRESENCIA DE NIVEL FREATICO,
 ESTRUCTURACION PRESENTE (SUELO
RESIDUAL-FRACTURAS),
 DETERMINAR ESTADOS DE CONSISTENCIA o
COMPACIDAD.
 OBTENER MUESTRAS PARA DETERMINAR LOS
PARÁMETROS DEL SUELO.
3:10 3

3:10 4
Fuente: Conde, J y Alvarez J. 2014

3:05 5
TITULO H.3 NSR-10 PARA
NUMERO MINIMO DE
SONDEOS Y PROFUNIDAD
DE LOS MISMOS: Tabla
H.3.1-1 y H.3.2-2

SONDEOS: SUBSUPERFICIALES
APIQUES-
EXCAVACION A
CIELO ABIERTO
3:11 6

• Permiten obtener muy buena
información de la estructura del
suelo.
• Establecer las características
del régimen de aguas
subterraneas (N.F)
• La excavación no se puede
llevar a grandes profundidades
(PELIGRO)
• Permiten obtener muestras
inalteradas.
APIQUES-
EXCAVACION A
CIELO ABIERTO
SONDEOS: SUBSUPERFICIALES
3:12 7

3:12 8

SONDEOS SUBSUPERFICIALESBARRENOSMANUALES
3:05 9
PERMITEN TOMAR MUESTRAS ALTERADAS A DIFERENTES PROFUNDIDADES

3:12 10
Fuente: www.erosíon.com.co

PENETROMETRO
DE BOLSILLO
SONDEOS SUBSUPERFICIALES
•Utilizado para determinar la resistencia a la compresión inconfinada en suelos cohesivos
•Se entierra en el suelo y se mide la presión para su penetración.
0.5 - 4.5 kg / cm²
3:05
11

SONDEO CON
RETROEXCAVADORA
3:05 12
• Permite identificar las
características del suelo In Situ.
• Permite conocer el perfil
estratigráfico.
• Permite la toma de muestras
alteradas e inalteradas.
• No se pueden realizar a
profundidades mayores a 4
metros. Ello debido a
impedimentos del equipo y al
peligro de estabilidad de los
lados de la excavación.

ROTACION Y
LAVADO
PERCUSION CON
BARRETON
SONDEOS
PROFUNDOS
Para suelos duros o de naturaleza
rocosa. Las herramientas de ataque
son generalmente trépanos o
brocas.
Se deja caer un Barretón de 150
kg a razón de 30 golpes por
minuto.
Se deja caer un barreno pesado y
cortante. Se rompe y tritura el
material del fondo hasta ser
arena o limo. Se adiciona un
poco de agua para formar un
barro con el material molido, el
cual se extrae cuando
obstaculiza la perforación.
Aplicable en perforaciones en
rocas y depósitos de gravas
gruesas o con grandes cantos.
3:05 13

3:14 14

PERFORACIONES ROTATORIAS CON
LAVADO
• La rotación va acompañada de presión
hidráulica o mecánica de las barras y brocas
contra el fondo.
• El uso de este procedimiento con fines de
ingeniería civil hace necesaria la obtención de
muestras continuas. Para ello el uso de brocas
que cortan núcleos cilíndricos del material por
muestrear.
• La velocidad de avance con este método es
mucho mayor que con cualquiera otro. Se
obtiene rendimientos de alrededor de 3.0 m por
hora.
3:14 15
Sistemas de lodo polimérico
POLY‐PLUS
(1.4–5 kg/m3)

ESPECIFICACIONES DE
TUBERIAS Y BROCAS
3:05 16
Tamaño
Φexterior
(pulg.)
Φexterior
(mm)
Φ Núcleo
(pulg.)
Φ Núcleo
(mm)
EX 1 ½ 38.1 13/16 20.64
AX 1 15/16 49.21 1 3/16 30.16
BX 2 3/8 60.33 1 5/8 41.28
NX 3 76.2 2 1/8 53.94
NQ (tubería de
perforación)
2.75 69.9 2.375 60.30
NW (Revestimiento) 3.5 88.90

MUESTREO
3:15 17

MUESTREO
TIPOS DE
MUESTRAS
ALTERADAS
INALTERADAS
Permanece invariable el contenido de
agua y la composición, y sufren el
menor cambio posible la relación de
vacíos, la estructura y las
características esfuerzo-deformación.
Se usan para determinar propiedades
mecánicas y peso unitario.
No conserva las mismas
características y condiciones en que se
encontraba en el terreno del cual se
obtuvo. Se utilizan para determinar
propiedades índice.
SEMIALTERADAS
Conservan algunas de las
características en que se encontraba en
el terreno. Se utilizan clasificación,
contenidos de humedad, pesos
específicos.
Barrenas, Augers,
Apiques, Calicatas,
Tomamuestras Partido.
Empuje Hidráulico
Continuo
Tubos de pared delgada, Tubos de
rotación y empuje, Muestras de bloque
3:05 18

TIPOS DE MUESTRAS Y MUESTREADORES
MUESTREA-
DOR
TIPO DE
MUESTRA
MODO DE
OPERACION
TIPO DE SUELO
Tubo Partido Alterada Percusión
Todos los suelos que no
contengan mucha grava.
Tubo Shelby Inalterada Presión
Arcillas y Limos con poco
material granular.
Tubo de
Pistón
Inalterada Presión
Arcillas y Limos con poco
material granular.
Denison *
Rotación y
Presión (Broca)
Arcillas y Limos sin Gravas
bajo el nivel freático.
Barriles Inalterada
Rotación y
Presión (Broca)
Gravas con cantos rodados y
rocas.
* El grado de alteración de la muestra depende del suelo y del cuidado con que se
tome.
3:05 19

MUESTRAS ALTERADAS
* Para estimar la capacidad de soporte
de los suelos de una subrasante. C.B.R.
* Para ensayos de compactación.
* Para ensayos de Granulometría y
Límites de Plasticidad.
* Para estimar el contenido de humedad
del suelo.
* Para estimar resistencia al corte y
parámetros de consolidación en suelos
que se utilizarán en terraplenes o
rellenos de mejoramiento.
3:15 20

3:16 21

3:16 22
TOMAMUESTRAS SHELBY

3:17 23
TOMAMUESTRAS SHELBY

3:16 24
TOMAMUESTRAS SHELBY

RELACION DE AREAS
Tomamuestras de Tubo
3:05 25
Para estimar si el tubo tomamuestras altera o no una muestra se
determina la relación de áreas
Para considerar inalterada una muestra la relación de áreas debe tener
valores menores que 10 a 15%. El tomamuestras de cuchara partida
tiene una relación de áreas de 112%.

TAMAÑO DE LAS MUESTRAS
ENSAYOS PROPIEDADES INDICE
MUESTRA DE 32
kg Mezclada y
Cuarteada
½ Kg de
Muestra
6.0 Kg
de
Muestra
7.5 Kg
de
Muestra
18 Kg de
Muestra
Límite
Líquido
Límite
Plástico
Peso
Específico
Granulo
metría
Compactación CBR
3:05 26

MUESTRAS INALTERADAS
* Permiten evaluar correctamente las propiedades mecánicas del
suelo tales como resistencia al corte, relaciones esfuerzo-
deformación, compresibilidad y permeabilidad .
* Determinar el peso unitario.
* Estas muestras se pueden obtener de:
-Tubos de Pared Delgada (Shelby)
-Muestreadores de Pistón
-bloques a mano
-Muestreadores de bloque a presión (NGI)
•Pitcher (Rotación y empuje)
•Denison (Rotación y empuje) INVESTIGAR
3:05 27

MUESTRAS DE
BLOQUES A MANO
3:05
28

3:17 29

3:17 30

3:17 31

3:18 32

3:18 33

3:18 34

3:18 35

3:18 36

TOMA DE MUESTRAS
INALTERADAS TUBO SHELBY
* La toma de muestras
con este tomamuestras
se rige por la norma
ASTM D-1587.
* 76 mm D.E. y 73 mm D.I
* Utilizado en limos,
arcillas y limos o arenas
arcillosas.
• Longitud Aproximada
760 mm (30”)
• Relación de áreas:
8.4%
3:18 37
Fuente: www.erosion.com.co

3:05 38

3:05 39

Cada metro en los primeros cinco metros de Prof.
Y cada 1.5 m a partir de los 5 m o donde haya
cambio de material. (NSR-10 TITULO H)
3:05 40

•Las muestras deben
marcarse y guardarse
inmediatamente después de
recobradas.
• Los frascos deben
guardarse en cajas de
madera o de cartón.
•Deben protegerse del calor,
del sol y del viento.
• Deben sellarse para que no
pierdan humedad.
• Deben empacarse para
evitar daños por vibración.
3:19 41

TOMA DE
MUESTRAS
EN ROCA
3:05 42
Cuando se realiza exploración en roca?
* Se impide el avance con barrenas de suelo,
por lavado, percusión, Auger, SPT (>50
golpes / 1’). “Rechazo”.
Como se realiza la exploración en roca?
* Con toma de Núcleos de roca.
•Sin Toma de Núcleos de roca.
Cual es el procedimiento a usar?
* Se utilizan procedimientos rotatorios.

TOMA DE MUESTRAS EN ROCAS
3:19 43

3:20 44

3:05 45
TAMAÑOS DE BROCAS
Tamaño
Φexterior
(pulg.)
Φexterior
(mm)
Φ Núcleo
(pulg.)
Φ Núcleo
(mm)
EX 1 ½ 38.1 13/16 20.64
AX 1 15/16 49.21 1 3/16 30.16
BX 2 3/8 60.33 1 5/8 41.28
NX 3 76.2 2 1/8 53.94

3:20 46

3:20 47

(Mala)
(Regular)
(Buena)
3:20 48

ENSAYOS DE
CAMPO
3:21 49

 Perforación y Muestreo.
 Ensayos “in situ”
 Ensayo de Penetración estándar (SPT)
 Ensayo de penetración de cono (CPT)
 Prueba del Dilatómetro de placa plana (DMT)
 Prueba del Presurómetro (PMT)
 Prueba de corte con Veleta (VST)
 Métodos Geofísicos
 Sondeo por Refracción Sísmica (P-, S-, R-waves)
 Sondeo Cross-Hole.
 Sondeo Down-Hole.
 Sondeo por Resistividad Eléctrica. (SEV)
 Sondeo por Tomografía Eléctrica.
3:05 50
METODOS PARA CONOCIMIENTO DEL SUBSUELO

3:21 51

ENSAYO DE PENETRACION
ESTÁNDAR “SPT”
* El ensayo “In Situ” más común en el mundo
* Muestreador de media caña estándar
* Se rige por la Norma ASTM D-1586
* Martillo (140 lbs. cae 30 pulg.) (63.5 kg cae
0.76 m)
* Se utiliza varillaje tipo AX y BX.
* Se toman tres incrementos de 6” y la suma
de los dos últimos incrementos es “N”
(golpes/pie)
3:05 52

3:21 53

Ventajas
* Se obtiene muestra de suelo y un
número.
* Sencillo y de bajo costo.
* Funciona en muchos tipos de suelo
* Se puede utilizar en rocas blandas.
* Disponible en todo el mundo
* Existen correlaciones para diferentes
parámetros del suelo.
Desventajas
* Se obtiene suelo y un número**
* Muestra alterada
* Número muy crudo para el análisis
* No aplicable en arcillas blandas
* Alta variabilidad e incertidumbre
** Tanto la muestra como el número
de golpes son resultados de baja
calidad.
3:05 54
ENSAYO DE PENETRACION
ESTÁNDAR “SPT”

* Dependencia del tipo de equipo utilizado.
* Influencia del operador.
se consideraron varias correcciones al valor de N con una energía
de penetración del 60%.
CORRECCION AL VALOR “N” OBTENIDO EN EL ENSAYO
donde,
Em, es la eficiencia del martillo
CB, factor de corrección por el diámetro de la perforación
Cs, corrección del muestreador
CR, corrección por longitud de la barra perforadora
3:05 55

3:22 56

3:22 57

3:05 58

3:05 59

3:05 60

3:22 61
ENSAYO «CPT»

CPT
Puntas de Penetración
a) La Delft, permite
determinar la
resistencia por
punta
b) La Begemam que
sirve para
determinar la
resistencia de
punta y fricción.
3:22 62

Ventajas
* Perfiles continuos rápidamente
* Económico / Varios perfiles por día
* Los resultados no dependen del
operador
* Buena base teórica para
interpretación.
* PARTICULARMENTE APLICABLE A
SUELOS BLANDOS.
Desventajas
* Alta inversión de capital
* Requiere operadores muy
capacitados
* Elementos electrónicos se dañan y
descalibran
* No se obtienen muestras de suelo
* No es apto para depósitos de
grava o cantos.
3:05 63
ENSAYO CPT

PRUEBA DE CORTE CON VELETA
0.1°/seg
3:23 64
Falla 2 – 5 min. En
Arcillas muy blandas
10 – 15 min.

PRUEBA DE CORTE CON VELETA
3:23 65
H
D
Dentro del minuto siguiente al remoldeo.

Ventajas
* Permite obtener la resistencia no
drenada de las arcillas (Suv)
* Equipo y ensayos muy sencillos
* Permite medir la Sensitividad In Situ
* Hay buena experiencia con su uso
Desventajas
* Su uso se limita a arcillas y limos
blandos con Suv<200 kPa
* Es lento y se gasta mucho tiempo
* Requiere de correlaciones
empíricas
* El resultado puede ser afectado
por lentes de arena
PRUEBA DE CORTE
CON VELETA
3:05 66

PRUEBA DEL DILATÓMETRO
3:23 67
DILATOMETRO DE CUCHILLA PLANA
* Se entierra una cuchilla de acero a intervalos de 20 cm. Sin sondeo.
* Inventado por Marchetti (1980)
*Se infla una membrana de acero flexible utilizando gas nitrógeno.
*Se toman dos medidas de presión (A y B) en aprox. un minuto.
* Velocidad prueba= 20 mm/seg
* Datos cada 20 a 30 cm.

PRUEBA DEL DILATÓMETRO
3:24 68

3:24 69

PRUEBA DEL PRESIÓMETRO
3:24 70
* Vo = 500 cm3 * Se grafican los valores de presión Vs Volumen celda.
* Se puede estimar el esfuerzo de preconsolidación y Su de una arcilla.

3:24 71

EXPLORACION
GEOFÍSICA
3:05 72

SONDEOS GEOFISICOS
Usados ampliamente en Geología y Minería y muy poco en Mecánica de suelos. Dan información de
los perfiles del suelo en áreas relativamente grandes.
Sistema Aplicaciones Limitaciones
Resistividad
Eléctrica
Localizar límites entre materiales
granulares y arcillosos, nivel freático
e interface suelo – roca.
Difícil de interpretar
especialmente cuando los
mantos no son horizontales.
Refracción
Sísmica
Determina las profundidades de los
estratos y sus velocidades sísmicas
características.
Las velocidades aumentan
con la profundidad. Solo es
útil cuando los mantos son
gruesos y la información
aporta un dato promedio.
Ensayos
sísmicos directos
(crosshole)
Se obtienen velocidades de estratos
específicos, sus propiedades
dinámicas y la calidad de la roca.
Los datos son promedios y
pueden ser afectados por
las características de la
masa rocosa.
Penetración de
ondas de radar
Permite identificar objetos
enterrados tales como ductos,
cantos, interfaces de rocas.
Las arcillas son
prácticamente
impenetrables por las ondas
de radar.
3:05 73

SONDEOS GEOFISICOS
Ventajas
* No destructivo y/o no invasivo
* Ensayo rápido y económico
* Suficientes bases teóricas para su
interpretación
* Aplicación en suelos y rocas.
* Se pueden realizar en superficie o
dentro de una perforación.
* Se puede determinar el perfil, las
propiedades elásticas, rigidez y
amortiguamiento.
Desventajas
* No hay muestras.
* Se asumen modelos para la
interpretación de resultados.
* Afectado por capas muy
cementadas o inclusiones de
materiales más duros.
* Resultados influenciados por
presencia de agua, arcilla y la
profundidad.
3:05 74

SONDEOS GEOFISICOS
3:24 75

SONDEOS GEOFISICOS
3:24 76

SONDEOS GEOFISICOS
Tipo de Suelo o Roca
Velocidad de las ondas P
m/s
Suelo
Arena, limo seco y capa superior de suelo de grano
fino
200 – 1000
Aluvial 500 – 2000
Arcillas compactas, grava arcillosa y arena arcillosa
densa
1000 – 2500
Loess 250 – 750
Roca
Pizarra y esquisto 2500 – 5000
Arenisca 1500 – 5000
Granito 4000 – 6000
Caliza sana 5000 – 10000Vp = 5 a 7 km/s Vs = 3 a 4 km/s
3:05 77

SONDEOS GEOFISICOS
3:25 78

ENSAYO DE REFRACCION SISMICA
* Útiles para obtener información preliminar
acerca del espesor de los estratos de suelo
y de la profundidad de la roca o suelo firme
en un sitio.
* Se realiza un impacto (golpe de martillo o
pequeña carga explosiva) sobre la
superficie y se observa la primera llegada de
la perturbación (ondas de esfuerzo) en
varios puntos (Geófonos cada 15 a 30 m).
* Se determina la velocidad de las ondas P
en diferentes estratos.
* El tiempo de recorrido de una onda
refractada está determinado por su ángulo
crítico, que depende de la naturaleza del
suelo y de la roca. Este se determina tanto
para las ondas directas como para las
refractadas.
3:05 79

3:25 80Fuente: www.erosion.com.co

3:05 81

EJERCICIO REFRACCION SISMICA
Los resultados de un sondeo por refracción en un sitio se dan en la
siguiente tabla:
Distancia de geófono desde la
fuente de perturbación (m)
Tiempo de primer arribo
Seg (x10-3)
2.5 11.2
5.0 23.3
7.5 33.5
10 42.4
15 50.9
20 57.2
25 64.4
30 68.6
35 71.1
40 72.1
50 75.5
Determine:
1.-Las velocidades de
las ondas P.
2.-El espesor del
material encontrado.
3.-Con la tabla de
velocidades de ondas P
sugiera el tipo de
material encontrado.
3:05 82

ENSAYO REFRACCION SISMICA
3:25 83

3:25 84

EMSAYO REFRACCION SISMICA
3:26 85

3:26 86

3:26 87

3:26 88

3:27 89

3:27 90

3:27 91

3:28 92

3:33 93

3:33 94

3:33 95

ENSAYO SISMICO CROSS-HOLE
* Sirve para determinar la velocidad de
ondas de cortante Vs de los estratos de
suelo.
* Se perforan dos agujeros en el terreno a
una distancia “L”, colocando en uno de
ellos una barra de impulso y en el otro se
detectan las ondas de cortante generales
por un transductor verticalmente sensible.
Vs = L/t
t= tiempo de viaje de las ondas
Gs= módulo cortante del suelo.
3:33 96

3:33 97Fuente: www.erosion.com.co

3:34 98
ENSAYO SISMICO DOWN-HOLE

3:34 99

3:34 100

SONDEO POR
RESISTIVIDAD ELÉCTRICA
3:05 101

3:05 102

RESISTIVIDAD ELÉCTRICA
3:05 103

3:35 104
Fuente: Valencia, E. 2009

3:05 105

3:35 106
TOMOGRAFIA ELÉCTRICA

3:37 107

3:38 108
Fuente: Maestría UIS. 2013

3:05 109

3:05 110
Un sector con elevada resistividad asociado al depósito
ígneo (R=1) o zonas de material grueso no saturado
(arenas y gravas)
zonas de resistividad media asociadas a formaciones
compuestas por material grueso con algo de finos
posiblemente saturado en las zonas profundas (R=2)
áreas con menor resistividad que es correlacionable con
formaciones cuaternarias de arenas arcillosas embebidas
en una matriz limosa (R=3)

3:05 111
colores rojos a anaranjados nos muestras zonas de
resistividades altas asociadas a materiales gruesos (no
saturados) o depósitos coluviales del material Ígneo.
colores verdes a azul claro nos indican formaciones
arenosas intercaladas con material fino (posiblemente
saturados)
colores azul oscuro está asociado a materiales finos (limos
y arcillas).

3:38 112
Posible contacto litológico
Posible plano de deslizamiento
Zona A
Zona B
Zona C
Capa mayor resistividad: asociada con deposito de ladera Ql conformado por
fragmentos de materiales igneos Cuarzomonzonita, Granito y Pórfido
Cuarzoso (JRcg). Al costado norte (electrodos 31 a 49) la resistividad
aumenta apreciablemente. En este costado se tiene muros y paredes de
construcciones abandonadas por el deslizamiento.
Capa Resistividad intermedia: asociada a materiales de la formación
Bucaramanga, miembro limos rojos ( Qblr), arenas arcillosas gravosas y
limos. Dentro de esta zona se tiene varias zonas puntuales con filtración de
aguas.
Capa menor resistividad: posible aumento del contenido arcillo e incremento
de humedad de los materiales de la zona B, arenas arcillosas gravosa y
limos, .
Zona F Zonas con muy baja resistividad, su forma “redondeada” se asocia con
fuentes de concentración de agua subterránea por filtración natural desde
fuentes superficiales o tuberías de acueducto y alcantarillado en mal estado.
Zona S Zonas superficiales redondeadas con menor resistividad, asociadas con
filtraciones de elementos sobre el terreno como alcantarillas y sumideros o
posibles tuberías de acueducto y alcantarillado.
Grietas en
pavimento y
andenes

Capitulo 3: Exploracion y Muestreo.

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