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

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

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

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

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

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

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

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

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?

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

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

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

METODOS NO DESTRUCTIVOS ONDAS ELÁSTICAS

PROPAGACIÓN DE ONDAS SÍSMICAS

ENERGÍA Y ATENUACIÓN

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

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

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

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

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

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

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.

METODO DE LA RESPUESTA EN FRECUENCIA Movilidad Dinámica Longitud del Pilote

CASOS HISTÓRICO 1: Pilote en Condiciones L = 18 m f = 115 Hz f f f f L = 4100 / (2 . 115) = 17,80 m

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

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

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

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

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

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

ENSAYO DE REFLEXIÓN SÍSMICA

ENSAYO DE REFLEXIÓN SÍSMICA DETECCIÓN DE UN CONDUCTO DE GRAN DIÁMETRO

ENSAYO DE REFLEXIÓN SÍSMICA DETECCIÓN DE UN CONDUCTO DE GRAN DIÁMETRO

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

ENSAYO DE CROSS-HOLE DISPOSITIVOS DE ENSAYO

ENSAYO DE CROSS-HOLE RESULTADOS TÍPICOS

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

ENSAYO DE REFRACCIÓN APLICACIONES: Perfil geotécnico Detección de Roca

ENSAYO DE REFRACCIÓN PROCESAMIENTO Y RESULTADOS P S R

ENSAYO DE REFRACCIÓN DISPOSITIVOS DE ENSAYOS

ANALISIS ESPECTRAL: SASW

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

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

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

TOMOGRAFÍA Incognita Determinada Geométricamente Mediciones PROCESAMIENTO Incognita Determinada Geométricamente Mediciones

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

TOMOGRAFÍA RESULTADOS Flint et al. (1996)

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

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

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.

CASO HISTÓRICO 1: Edificio 20 Pisos

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

CASO HISTÓRICO 2: losa de entrepiso

CASO HISTÓRICO 3: Atucha II

CASO HISTÓRICO 4: Compuerta de Central Hidroeléctrica Yaciretá

CASO HISTÓRICO 5: Puente Carretero

CASO HISTÓRICO 6: Puente Zarate

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.

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

CASO HISTÓRICO 1: Compactación Vibratoria

CASO HISTÓRICO 1: Compactación Vibratoria

METODOS NO DESTRUCTIVOS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

PROPAGACIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS ECUACIÓN DE LA PROPAGACIÓN CONSTANTE DE PROPAGACIÓN

CONSTANTE DE ATENUACIÓN VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN CONSTANTE DIELÉCTRICA

MECANISMOS DE POLARIZACIÓN

POLARIZACIÓN EN SUELOS

POLARIZACIÓN POR ORIENTACIÓN

POLARIZACIÓN MAXWELL-WAGNER

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

CONSTANTES DE ALGUNOS MATERIALES Annan (1991)

GEORRADAR (GPR) IMPEDANCIA COEFICIENTE DE REFLEXIÓN

GEORRADAR (GPR) SISTEMA DE MEDICIÓN

CASO HISTÓRICO 1: Túneles Annan (1991)

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

CASO HISTÓRICO 3: Contaminación

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

RESISTIVIDADES TÍPICAS DE GEOMATERIALES

SONDEO GEOELECTRICO VERTICAL PROCESAMIENTO DE LOS DATOS

SONDEO GEOELECTRICO VERTICAL PERFIL GEOELÉCTRICO

SONDEO GEOELECTRICO VERTICAL PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN

CALICATA GEOELÉCTRICA CONTROL DE COMPACTACIÓN

TOMOGRAFÍA GEOELECTRICA Loke (1999)

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

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

RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR Plano de Ubicación

RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR Traza del Conducto

RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR Geoeléctrica de Agua

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

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

RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR POSICIONAMIENTO Y MEDICIÓN

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

RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR Procesamiento de un SEV

RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISOR Perfil Resistivo Tipo

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

PUERTO DE MONTEVIDEO PLANO DE UBICACIÓN

PUERTO DE MONTEVIDEO LINEA DE ELECTRODOS

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