ensayos geofisicos
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Este documento describe diferentes métodos geofísicos para realizar ensayos no destructivos del terreno. En menos de 3 oraciones: 1) Explica que la geofísica estudia el terreno a través de modificaciones de campos naturales o inducidos y requiere mínima intervención; 2) Detalla algunos métodos como sísmica, resistividad eléctrica, magnetometría y gravimetría; 3) Indica que cada método mide diferentes propiedades físicas o químicas y alcanza diferentes profundidades.
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- 1. Ensayos geofísicos (84.07) Mecánica de Suelos y Geología FIUBA
- 2. Índice • Definición • Métodos mecánicos ofísicos • Otros métodos geofísicos Ensayosgeo 2
- 3. Métodos geofísicos La geofísica estudia el terreno a través de • Modificaciones locales de campos naturales ( d d ti t ) ofísicos (gravedad, magnetismo, etc) • Respuesta a campos inducidos por el hombre ( l t ti t d d ) Ensayosgeo (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
- 4. Métodos geofísicos ofísicos Método Campo de Fuerza Propiedad Físico o Química Magnético campo de fuerza magnético permeabilidad magnética ( μ ) Gravimétrico campo de fuerza gravífico densidad, gravitrones ( ρ ) Ensayosgeo p g ρ Eléctrico campos eléctricos natural y artificial potenciales REDOX, conductividad eléctrica ( σ ) Sísmico campo atificial creado por las Sísmico ondas símicas densidad ( ρ ), elasticidad Radiométrico radiación radioactiva radioactividad, emisión de partículas eléctricas cargadas desde el núcleo de átomos dedesde el núcleo de átomos de materiales radioactivos Geotérmico gradiente de temperatura terrestre conductividad térmica Geoquímico emanación de vapores, asenso y descenso de soluciones potenciales REDOX, conductividad eléctrica ( σ )4
- 5. Índice • Definición • Métodos mecánicos ofísicos • Otros métodos geofísicos Ensayosgeo 5
- 8. Diapositiva 7 E26 La profundidad del bulbo de energía de las ondas R es de aproximadamente una longitud de onda. Ernesto, 30/04/2007
- 11. Sísmica de refracción: Limitaciones del procedimiento ofísicosEnsayosgeo c line line Seisim ic l Seisim ic lin A B 10
- 14. Sísmica de refracción: Un resultado ofísicosEnsayosgeo 13
- 15. Ensayo crosshole Dynamic Signal A l ofísicos Wire Rope Air Pressure Line Orientation Rods Air Pressure Line Analyzer Ensayosgeo Cased Borehole Velocity Transducer (Trigger) Moveable Assumed Path of Body Waves Moveable Upper Weight Moveable Locking Wedge 3-D Geophone Air Packer Lower Weight Grouting (FHWA) 14
- 16. Ensayo downhole Dynamic Signal Analyzer Trigger Channel Si l ofísicos Orientation Rod Air Pressure Line Hammer Electrical Trigger Inclined Hammer Blow Signal Channel Ensayosgeo Cased BoreholeGeneration of Concrete Bl k Generation of Body Waves Block 3 D Geophone Air Packer 3-D Geophone Grouting (FHWA) 15
- 17. Sísmica de reflexión • Mide ondas reflejadas Al ofísicos • Alcanza mayor profundidad Ensayosgeo 16
- 18. Rangos de resultados ofísicos Steel P - Wave Velocities Ensayosgeo Ice Weathered Rocks Intact Rocks ooíiao4asi0 oo)caM ooían7 (8cc 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Fresh Water Sea Water Compression Wave Velocity, Vp (m/s) 17
- 19. Rangos de resultados ofísicos Steel S - Wave Velocities Ensayosgeo (8cc Eyi 4ias.i0i7ogyef Ensaysogyef ooíiao4asi0 oo)caM ooían7 (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
- 20. SASW: Dispersión de ondas Rayleigh ofísicos • La inhomogeneidad y estratificación del terreno genera dispersión en las ondas superficiales: Las ondas de distinta frecuencia viajan Ensayosgeo 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 dep g onda 19
- 21. Ondas superficiales – Medio homogéneo Amplitud(z) / Amplitud superficial λ1 λ2 ofísicos z/λ 1 2 Ensayosgeo vfasevr G1 C d Medio no dispersivo λ Curva de dispersión Solución de Rayleigh (Czelada 2010)20
- 22. Medio estratificado λ1 λ2 λ1 λ2 ofísicos (v1>v2) v1<v2) v1 v1 Ensayosgeo persivo( persivo(v v2 v2 mentedis entedisp inversam vfase normalm vfase Medio Curva de dispersiónλ Medio Curva de dispersiónλ (Czelada 2010) 21
- 23. Secuencia del método SASW • Se miden los registros en el terreno • Se construye una curva de dispersión local ofísicos • Se deriva una curva de dispersión global • Se resuelve el problema inverso Ensayosgeo • Se determina el perfil de rigidez del terreno 22
- 24. Ensayos de Campo - registros Geófono A Geófono B ofísicos Registro Ensayosgeo D=1m g Geófono A Separación D = 1m, 2m, 4m, 8m, 16m Geófono B p , , , , … Contenido de frecuencias D=1m (Czelada 2010)23
- 25. Curva de dispersión local ofísicos Diferencia de fase relativa Diferencia de fase absoluta Ensayosgeo onda Velocidad de fase ongitudde (Czelada 2010) 2424 Coherencia Curva de dispersión local D=1m L 24
- 26. Curva de dispersión global Velocidad de fase nda Velocidad de fase ofísicos ngituddeon D = 1m Ensayosgeo Lon Velocidad de faseVelocidad de fase onda D =16m ongitudde 25 Curva de dispersión global Lo (Czelada 2010)25
- 27. Problema directo e inverso Problema directo V Problema inverso ofísicos G1;E1;H1,ρ1 G2;E2;H2,ρ2 VR Curva de dispersión Ensayosgeo G3;E3;H3,ρ3 λ VR Perfil ? ? Perfil Cantidad de estratos? Propiedades λ Propiedades mecánicas? (Czelada 2010)26
- 28. Solución del problema inverso Empírica Analítica VR Vs VR Vs ofísicosEnsayosgeo 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 suficiente determina por un cambio de escala de la curva de dispersiónvs = α vr ; α ≈ 1.10-1.05 ; Z ≈ 0.5λ (Czelada 2010) 27
- 29. Perfil del terreno - Comparación entre métodos de inversión d ofísicos Metodo empírico WinSASW Ensayosgeo spersión rigidez rvadedis Perfilder WinSASW Metodo empírico Cur P (Czelada 2010)28
- 30. Errores asociados – Medición Ruido ambiente – stackingfmuestreo < 2 fonda 1 ofísicos 2 Ensayosgeo 4 8 fmuestreo > 2 fonda 16 29 32 (Czelada 2010)29
- 31. Errores asociados – Curva de di ió i t ldispersión experimental Perfil normalmente dispersivoPerfil no dispersivo ofísicos λ1 λ2 pp D f C φ = ⎛ ⎞ Kfφ = Ensayosgeo taø V1 V2 V1 V2 taø 2 fase f V Cte φ π =⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Kfφ = aseabsolut V2 V2 aseabsolut erenciadefa erenciadefa Frecuencia hz Dife Frecuencia hz Dife K (Czelada 2010)30
- 32. Errores asociados - Problema inverso ofísicos erreno Ensayosgeo erfildelte WinSASW Pe 31 WinSASW Metodo empírico (Czelada 2010)31
- 33. Índice • Definición • Métodos mecánicos ofísicos • Otros métodos geofísicos Ensayosgeo 32
- 35. Rangos de resultados ofísicos Weathered Rocks Resistivity Values (ConeTec & GeoProbe, 1997) Ensayosgeo Sands & Gravels Glacial Till oÍgad Íggfioían7f 1 10 100 1000 10000 Clay Bulk Resistivity, ρ (ohm-meters) 34
- 36. Magnetometría • Mide diferencias de campo magnético producido por las rocas Ti f did d d t di d (k ) ofísicos • Tiene una profundidad de estudio grande (kms) y aumenta con la altura de relevamiento. Ensayosgeo 35
- 39. Gravimetría ofísicos • Se miden diferencias de densidad del sustrato Al f did d Ensayosgeo • Alcanza profundidades grandes (kms) (Chernicoff y Zappettini 2007)38
- 40. Radimetría • Mide la radiación emitida por unidad de tiempo • K, U y Th son l l t ofísicos los elementos radioactivos más comunes Ensayosgeo comunes • Sólo se mide la radiación deradiación de superficie 39
- 41. Geoeléctrica • Mide diferencias de resistividad o conductividad de los sustratos que atraviesa Ti f did d d t di di ( 100 ofísicos • Tiene una profundidad de estudio media (~100 m) S f i d t t fl id Ensayosgeo • Se usa con frecuencia para detectar fluidos 40
- 42. Geoeléctrica ofísicosEnsayosgeo 1. Zona infiltrada por HC 2. Zona de transición 3. Sustrato limpio 4. Piletas con HC revestidas con geomembrana 41
- 43. Georradar (GPR) • Mide la reflexión de ondas de radio emitidas por una antena E ét d d b j t ió ofísicos • Es un método de baja penetración y muy perturbable en ambiente urbano Ensayosgeo 42
- 44. Bibliografía • Básica – Kulhawy & Mayne. Manual on estimating soil properties for foundation design EPRI (fuente de figuras) ofísicos for foundation design. EPRI (fuente de figuras) • Complementaria – FHWA (2001) Manual on subsurface investigations Ensayosgeo – 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