ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN GEOTECNIA

Presentación del tema: "ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN GEOTECNIA"— Transcripción de la presentación:

1 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN GEOTECNIA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN GEOTECNIA Dr. Ing. Civil Víctor Alejandro Rinaldi Universidad Nacional de Córdoba (Argentina) GEoS Geotechnical and Environmental Services

2 PROBLEMA INGENIERO GEOTÉCNICO DIAGNÓSTICO
Análisis del Problema Modelo Físico Identificación de Variables Estudios y Ensayos INGENIERO GEOTÉCNICO DIAGNÓSTICO

3 TÉCNICAS DESTRUCTIVAS TÉCNICAS NO DESTRUCTIVAS
ESTUDIOS Y ENSAYOS TÉCNICAS DESTRUCTIVAS Muestreo: Perforación, Muestreadores, Pozos, Calicatas, etc Ensayos In-Situ: Penetrómetros, Dilatómetro, Presiómetro, etc. TÉCNICAS NO DESTRUCTIVAS Sísmicos: Reflexión Refracción, Cross-Hole, Down-Hole, SASW, etc. Eléctricos: Geoeléctrica, Georradar, Conductividad, etc. OPTIMIZACIÓN: T-E

4 GEOFÍSICA GEOLOGÍA FÍSICA
“Conjunto De Técnicas Físicas Y Matemáticas Aplicadas A La Exploración Del Subsuelo Por Medio De Observaciones Efectuadas En La Superficie De La Tierra” (Orellana, 1972) GEOLOGÍA FÍSICA

5 ? NUEVA ESPECIALIDAD ??? TECNICAS NO DESTRUCTIVAS GEOLOGÍA GEOTÉCNIA
GEOFÍSICA TECNICAS NO DESTRUCTIVAS

6 TECNICAS NO DESTRUCTIVAS
LOS RESULTADOS SON FUNDAMENTALMENTE CUALITATIVOS LOS RESULTADOS DEPENDEN DEL CONTRASTE ENTRE LAS PROPIEDADES FÍSICAS A MAPEAR ES UN COMPLEMENTO DE OTROS ESTUDIOS Y NO UN REEMPLAZO DEBEN CONOCERSE LAS RELACIÓNES: GEOTÉCNICO GEOFÍSICO Humedad Resistividad Porosidad Resistividad Módulo Elástico Veloc. de Onda Const. Dieléctrica Contaminante

7 OBJETIVOS DE LA PRESENTACIÓN
DESCRIPCIÓN DE LOS MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFISICOS MÁS COMUNES DE INVESTIGACIÓN SUPERFICIAL REVISIÓN DE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO DE CADA UNO DE LOS MÉTODOS LIMITACIÓNES Y ALCANCES DE CADA MÉTODO MOSTRAR EJEMPLOS PRACTICOS DE APLICACIÓN DESCRIBIR LA INTERACCIÓN DESEABLE ENTRE EL PROFESIONAL Y EL COMITENTE

8 PLANEAMIENTO DE LA PROSPECCIÓN
UN CONSULTOR COMPETENTE QUE ENTIENDA LOS REQUERIMIENTOS DEL COMITENTE PLANTEO DE OBJETIVOS CLAROS POR PARTE DEL COMITENTE COMITENTE CON MÍNIMA FORMACIÓN EN GEOFÍSICA

9 PREGUNTAS UTILES CUAL ES EL PROBLEMA?
QUE QUIERE EL COMITENTE DETECTAR? CUALES SON LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL ELEMENTO A DETECTAR Y MAPEAR? CUALES SON LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL ENTORNO AL ELEMENTO A DETECTAR? CUAL ES LA RESOLUCIÓN DESEABLE DEL ESTUDIO? CUAL ES LA FORMA DE PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS?

10 SELECCIÓN DE LA METODOLOGÍA
CONDUCTIVIDAD ? RESISTIVIDAD ? SISMICIDAD ? PROPIEDADES ELECTROMAGNÉTICAS ? PROPIEDADES MAGNÉTICAS ?

11 PARÁMETROS GEOFÍSICOS
·      Resistividad/Conductividad r, s ·      Constante dieléctrica k ·      Velocidad de Onda Vs o Vp ·      Densidad g ·      Permeabilidad Magnética: m

12 PARÁMETROS GEOFÍSICOS
RELACIÓN UNIVERSAL P: es cualquier parámetro geofísico n: Exponente variable entre -1 y 1  n: Porosidad w, m, s: agua, la matriz del suelo y el suelo

13 METODOS NO DESTRUCTIVOS
ONDAS ELÁSTICAS

14 PROPAGACIÓN DE ONDAS SÍSMICAS

15 ENERGÍA Y ATENUACIÓN

16 REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN
Sv Sv P P Sv P Sh Sh b a a a b b b b 1 1 1 2 e 2 e 2 f f f Sv P Sv P Sh

17 z1 z2 INCIDENCIA NORMAL Ai Ar Coeficiente de Reflexión:
Coeficiente de Transmisión: Impedancia Del Material:

18 VELOCIDADES ONDA DE COMPRESIÓN - GEOMATERIALES
Greenhouse et al. (1998)

19 VELOCIDADES DE ONDA DE CORTE - GEOMATERIALES
Greenhouse et al. (1998)

20 VELOCIDADES DE ONDA DE COMPRESIÓN - HORMIGÓN
Finno et al. (1996)

21 ENSAYO DE INTEGRIDAD DE PILOTES
Análisis de la Respuesta en Tiempo Análisis de la respuesta en Frecuencia

22 METODO DE LA RESPUESTA EN TIEMPO
Reflexión: Distancia A La Reflexión LI: : Densidad del Material, Vc: Velocidad de propagación . E: Módulo elástico del material. A: la sección transversal.

23 METODO DE LA RESPUESTA EN FRECUENCIA
Movilidad Dinámica Longitud del Pilote

24 CASOS HISTÓRICO 1: Pilote en Condiciones
L = 18 m f = 115 Hz f f f f L = / ( ) = 17,80 m

25 CASOS HISTÓRICO 2: Defectuoso en la Cabeza
L = 15 m Lp = 14,60 m f = 1650 Hz Lc = 1,20 m f = 140 Hz

26 CASOS HISTÓRICO 3: Pilote Seccionado
f = 140 Hz f = 570 Hz Lp = 14,60 m Hz Ld = 3,60 m f f f

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28 CASOS HISTÓRICO 4: Pila de Puente
Lp = 11,00 m f = 300 Hz f = 140 Hz

29 CASOS HISTÓRICO 5: Pilote Colapsado
Caño de Agua Vista Derrame Vista Frente Planta

30 CASOS HISTÓRICO 5: Pilote Colapsado
Masa instrumentada Equipo con Trigger De Señales Acelerómetro Pilote Cono Dinámico Trayectoria de las Señales Emitidas

31 ENSAYO DE IMPACT-ECHO APLICACIONES
Determinación de espesores de losas y muros Estudios de delaminación de pavimentos Detección de cavidades e inclusiones en muros, losas, presas, etc. Control de calidad de hormigonado

32 ENSAYO DE REFLEXIÓN SÍSMICA

33 ENSAYO DE REFLEXIÓN SÍSMICA
DETECCIÓN DE UN CONDUCTO DE GRAN DIÁMETRO

34 ENSAYO DE REFLEXIÓN SÍSMICA
DETECCIÓN DE UN CONDUCTO DE GRAN DIÁMETRO

35 ENSAYO DE CROSS-HOLE APLICACIONES: Verificación Sísmica
Osciloscopio Amplificador PC-586 Impulso Trigger Geofono 1 Geofono 2 Pozo 1 Pozo 2 APLICACIONES: Verificación Sísmica Control de densidad Tomografía

36 ENSAYO DE CROSS-HOLE DISPOSITIVOS DE ENSAYO

37 ENSAYO DE CROSS-HOLE RESULTADOS TÍPICOS

38 ENSAYO DE CROSS-HOLE RESULTADOS TÍPICOS 1.00 14.70 4.00 20.00
Arena arcillosa (relleno) Relleno calcareo marrón Arena marrón con lentes de Arcilla Limo calcareo marrón cementado Vp = 400 m/s Vs = 250 m/s Vp = 260 m/s Vs = 150 m/s Vp = 290 m/s Vs = 200 m/s Vp = 1800 m/s Vs = 1000 m/s

39 ENSAYO DE REFRACCIÓN APLICACIONES: Perfil geotécnico Detección de Roca

40 ENSAYO DE REFRACCIÓN PROCESAMIENTO Y RESULTADOS P S R

41 ENSAYO DE REFRACCIÓN DISPOSITIVOS DE ENSAYOS

42 ANALISIS ESPECTRAL: SASW

43 ANÁLISIS ESPECTRAL; SASW
PROCEDIMIENTO APLICACIONES: Cambios de Estratigrafía Detección de Cavidades e Inclusiones Estudio de Paquetes Pavimentos Control de Compactación Estudios Geosísmicos

44 ANÁLISIS ESPECTRAL; SASW
PROCESAMIENTO Cross-Correlación: Autocorrelaciones: Coherencia: Fase: Tiempo de Viaje de la Onda: Velocidad de la Onda: Longitud de Onda:

45 TOMOGRAFÍA Tiempo de Viaje de Sa hasta Sb Pixels En General:

46 TOMOGRAFÍA Incognita Determinada Geométricamente Mediciones
PROCESAMIENTO Incognita Determinada Geométricamente Mediciones

47 Soluciones Para Matrices Sobredimensionadas
A. Inversión Matricial B. Métodos Iterativos Los algoritmos más comunes por este método son: 1. ART (Algebraic Reconstruction Technique) (Gordon, 1974) 2. IRT (Sequential Image Reconstruction Technique) (Herman, 1980) El error ei se distribuye entre los pixels iluminados por el rayo i en forma proporcional a las longitudes dij: ART : actualiza el vector [S] luego de cada rayo procesado SIRT Se corrige posterior al procesamiento de todos los rayos

48 TOMOGRAFÍA RESULTADOS Flint et al. (1996)

49 TOMOGRAFÍA DE SUPERFICIE
(Kilty, 1990). DISPOSICIÓN DE LOS SENSORES PRINCIPIO DE TRABAJO

50 ANALISIS MODAL DE ESTRUCTURAS
CONCEPTO Modos Teóricos de Vibración (flexión) (Richard et al, 1970) Se Compara Con Los Medidos In Situ

51 ANÁLISIS MODAL DE ESTRUCTURAS DISPOSITIVOS DE MEDICIÓN
APLICACIONES: Verificación del estado de servicio de un elemento estructural. Verificación de las rigideces de los nudos y vínculos del elemento. Verificación del estado de servicio de un edificios, puentes, estribos, muros de sostenimiento, etc. Verificación de la respuesta de las estructuras ante solicitaciones sísmicas de diseño y otras fuentes dinámicas (transito, máquinas, etc.

52 CASO HISTÓRICO 1: Edificio 20 Pisos

53 CASO HISTÓRICO 2: losa de entrepiso
Atenuación de las amplitudes con la distancia para la frecuencia de 12,5 Hz

54 CASO HISTÓRICO 2: losa de entrepiso

55 CASO HISTÓRICO 3: Atucha II

56 CASO HISTÓRICO 4: Compuerta de Central Hidroeléctrica Yaciretá

57 CASO HISTÓRICO 5: Puente Carretero

58 CASO HISTÓRICO 6: Puente Zarate

59 CONTROL DE VIBRACIONES
APLICACIONES ·    Control y evaluación de máquinas. ·    Control de niveles máximos permisibles para personas y edificaciones . ·    Monitoreo de procesos constructivos e industriales. ·    Mejoramiento del funcionamiento de máquinas. Diseño de fundaciones para máquinas.

60 CONTROL DE VIBRACIONES
RESULTADOS TÍPICOS Espectro de Frecuencia de la Vibración (mm/s) Espectro de Frecuencia de la Vibración (mm)

61 CASO HISTÓRICO 1: Compactación Vibratoria

62 CASO HISTÓRICO 1: Compactación Vibratoria

63 METODOS NO DESTRUCTIVOS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

64 PROPAGACIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
ECUACIÓN DE LA PROPAGACIÓN CONSTANTE DE PROPAGACIÓN

65 CONSTANTE DE ATENUACIÓN
VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN CONSTANTE DIELÉCTRICA

66 MECANISMOS DE POLARIZACIÓN

67 POLARIZACIÓN EN SUELOS

68 POLARIZACIÓN POR ORIENTACIÓN

69 POLARIZACIÓN MAXWELL-WAGNER

70 PARÁMETROS GEOFÍSICOS
RELACIÓN UNIVERSAL P: es cualquier parámetro geofísico n: Exponente variable entre -1 y 1  n: Porosidad w, m, s: agua, la matriz del suelo y el suelo

71 CONSTANTES DE ALGUNOS MATERIALES
Annan (1991)

72 GEORRADAR (GPR) IMPEDANCIA COEFICIENTE DE REFLEXIÓN

73 GEORRADAR (GPR) SISTEMA DE MEDICIÓN

74 CASO HISTÓRICO 1: Túneles
Annan (1991)

75 CASO HISTÓRICO 2: Deslizamiento de un Talud
Rinaldi y Francisca (1997)

76 CASO HISTÓRICO 3: Contaminación

77 SONDEO GEOELECTRICO VERTICAL
APLICACIONES: Estudios estratigráficos Evaluación de trazas para rutas Mapeo de humedades Detección de Napas. Estudios Geoambientales.

78 RESISTIVIDADES TÍPICAS DE GEOMATERIALES

79 SONDEO GEOELECTRICO VERTICAL PROCESAMIENTO DE LOS DATOS

80 SONDEO GEOELECTRICO VERTICAL
PERFIL GEOELÉCTRICO

81 SONDEO GEOELECTRICO VERTICAL PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN

82 CALICATA GEOELÉCTRICA CONTROL DE COMPACTACIÓN

83 TOMOGRAFÍA GEOELECTRICA
Loke (1999)

84 CASO HISTORICO 1: Cavernas (mallín) detectadas con un sistema dipolo-dipolo de 28 electrodos. (Loke, 1999)

85 CASO HISTORICO 2: perfil en un ambiente marino en Miami (Florida) (Loke, 1999)

86 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR
Plano de Ubicación

87 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR
Traza del Conducto

88 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR
Geoeléctrica de Agua

89 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR
PREPARATIVOS Y TRASLADO DE EQUIPOS

90 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR
FLOTACIÓN DE LA LINEA DE ELECTRODOS

91 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR
POSICIONAMIENTO Y MEDICIÓN

92 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR
Ajuste de los Sondeos Resistivos y Geotécnicos

93 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR
Procesamiento de un SEV

94 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR
Perfil Resistivo Tipo

95 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR
Curvas de Nivel del Estrato Resistivo

96 PUERTO DE MONTEVIDEO PLANO DE UBICACIÓN

97 PUERTO DE MONTEVIDEO LINEA DE ELECTRODOS

98 CONCLUSIONES LOS RESULTADOS SON FUNDAMENTALMENTE CUALITATIVOS
LOS RESULTADOS DEPENDEN DEL CONTRASTE ENTRE LAS PROPIEDADES FÍSICAS A MAPEAR ES UN COMPLEMENTO DE OTROS ESTUDIOS Y NO UN REEMPLAZO REQUIERE DE CONOCIMIENTOS BÁSICOS DEL COMITENTE DE GEOLOGÍA Y GEOFÍSICA NO EXISTE SIEMPRE UN ÚNICO MÉTODO PARA EL MISMO TRABAJO EN DISTINTOS AMBIENTES LOS RESULTADOS NO TIENEN SIEMPRE LA MISMA DEFINICIÓN CADA PROBLEMA REQUIERE UN ANÁLISIS PARTICULAR PARA LA SELECCIÓN DEL MÉTODO OPTIMO