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Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Rosario
Departamento de Ingeniería Civil.
Geología Aplicada a la Ingeniería Civil y al Medio Ambiente
Unidad Temática 7
TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN
E INVESTIGACIÓN
2º Año - Ingeniería Civil
Docentes:
Ing. Claudio Giordani
Ing. Gustavo Lanzone
-TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN E INVESTIGACIÓNUnidad Temática 7 del Curso Geología Aplicada a la Ingeniería Civil y al Medio Ambiente
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INTRODUCION.
Antes de acometer cualquier proyecto u obra de ingeniería civil o edificación, es necesario conocer
las características del terreno sobre el que se va a asentar. Con este fin, se debe realizar un
reconocimiento geotécnico del terreno, cuyos objetivos son:
• Definición de las condiciones geológicas e hidrogeológicas de la zona, con sus perfiles
estratigráficos, así como las propiedades físico-mecánicas del suelo y todas las características del
mismo, necesarias para el cálculo y proyecto correspondiente, previendo las posibles variaciones
que introducirá la obra en las condiciones del terreno.
• Definición de la tipología y dimensiones de la obra, de tal forma que las cargas generadas por
cimentaciones, excavaciones y rellenos, o las cargas soportadas por estructuras de contención, no
produzcan situaciones de inestabilidad o movimientos excesivos de las propias estructuras o del
terreno, que haga peligrar la obra estructural, o funcionalmente.
• Determinación de problemas constructivos:
o Tipo de cimentación, nivel de apoyo, presión de trabajo, etc.
o Determinación del volumen, localización y tipo de materiales que han de ser excavados, así
como la forma y maquinaria adecuada para llevar a cabo dicha excavación.
o Talud de excavación / contención de paredes.
o Agresividad de suelos y agua.
o Solución a problemas del terreno.
o Localización y caracterización de materiales para préstamos.
o Problemas relacionados con el agua:
o Profundidad del nivel freático.
o Riesgos debidos a filtraciones, arrastres, erosiones internas, sifonamiento, acción de la
helada, etc.
o Influencia del agua en la estabilidad y asiento de las estructuras.
Se entiende por reconocimiento el conjunto de las tareas de investigación destinadas a:
• La obtención de muestras del subsuelo para permitir identificar los suelos o rocas presentes y
contar con material suficiente para la realización de ensayos de laboratorio.
• La realización de ensayos "in situ" sobre el terreno con el fin de obtener parámetros que, directa
o indirectamente, se relacionen con los parámetros mecánicos básicos que permiten el cálculo
geotécnico (parámetros de resistencia al corte, de deformación, de permeabilidad, etc.).
El reconocimiento debe, por tanto, proporcionar al menos los siguientes datos:
• La naturaleza de los diferentes estratos.
• Muestras de cada una de las capas características, para su estudio en Laboratorio.
• Características del nivel freático y los acuíferos atravesados
• Permeabilidad de las formaciones atravesadas cuando sea necesario (presas, etc.)
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EL RECONOCIMIENTO GEOTÉCNICO
En cualquier caso, un estudio geotécnico:
•Debe contener todos los datos relevantes para la correcta construcción del proyecto
•Se elabora en base a ensayos de campo y de laboratorio adecuados al tipo de proyecto para el
que se solicita.
•Incluirá recomendaciones propias para cada tipo de proyecto (cimentaciones, excavaciones,
pistas o caminos rurales, edificaciones, naves, etc.).
Este estudio finaliza con la redacción del informe geotécnico. En este documento se plasman los
resultados de la campaña geotécnica realizada, su interpretación y las conclusiones que se derivan
de su análisis, generalmente en forma de recomendaciones para el proyecto, y/o construcción de
la obra.
TÉCNICAS DE RECONOCIMIENTO
Para el reconocimiento geotécnico del terreno pueden utilizarse desde la básica inspección visual,
(muy utilizada en la caracterización de macizos rocosos), hasta técnicas de campo o laboratorio
más o menos sofisticadas y que se agrupan en dos conjuntos.
Métodos directos.
A este grupo pertenecen las técnicas que permiten el acceso y observación directa al subsuelo,
permitiendo a su vez la obtención de muestras. Eventualmente permiten la realización de ensayos
“in situ”. Se incluyen en este grupo:
o Sondeos geotécnicos
o Calicatas, zanjas y pocillos
o En algunos casos, galerías.
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Métodos indirectos.
Son aquellos que se llevan a cabo sin necesidad de acceder directamente al terreno, midiendo
desde la superficie algunas propiedades físicas de los materiales que constituyen los diferentes
niveles o estratos del terreno. Se incluyen en este grupo, entre otros, los siguientes:
o Prospección geofísica (gravimétrica, eléctrica, sísmica, electromagnética)
o Ensayos “in situ”.
Pueden utilizarse por separado o conjuntamente y siempre son complementarios unos de otros. La
elección de uno u otro método depende del objetivo que se persigue. Hay que tener en cuenta
que en una campaña de investigación geotécnica se plantea, con bastante frecuencia, la utilización
conjunta tanto de ensayos “in situ” como de ensayos de laboratorio, para poder determinar los
parámetros fundamentales del terreno.
OBTENCIÓN DE MUESTRAS
La toma u obtención de muestras, es como se conoce al procedimiento por el que se recogen
partes, porciones o elementos representativos de un terreno, a partir de las cuales se realizará un
reconocimiento geotécnico del mismo.
Las muestras son porciones representativas del terreno que se extraen para la realización de
ensayos de laboratorio. Dependiendo de la forma de obtención, pueden clasificarse de forma
general en dos tipos:
Muestras alteradas: conservan sólo algunas de las propiedades del terreno en su estado natural.
Son aquellas formadas por cantidades de suelo recogidas en bolsas, trozos de testigo, etc
Muestras inalteradas: conservan, al menos teóricamente, las mismas propiedades que tiene el
terreno "in situ". Son aquellas que reflejan íntegramente las características del suelo en su estado
natural en el momento de ser tomadas y, consecuentemente, su estructura física y sus
propiedades son las mismas que las del suelo de donde se han tomado. Su contenido en agua y su
volumen deben ser lo más exactos posible.
SONDEOS A PERCUSIÓN.
El principio general del método consiste en el empleo de un útil que avanza por golpes sucesivos,
aplicados por la caída de una maza, cuya energía se transmite mediante un varillaje a un útil
macizo (puntaza) o a un tubo hueco (tomamuestras) situado en el fondo de la perforación.
El campo de utilización en el que el empleo de ésta empleo presenta más ventajas es el de los
suelos no coherentes (limos, arenas, gravas, bolos y mezclas de los mismos) si se utiliza un
tomamuestras, pues permite un reconocimiento de calidad al obtenerse un testigo continuo,
provocando una alteración en el medio inferior a la que realizan los sistemas de sondeo mediante
rotación
La perforación más habitual consiste en la hinca en el terreno de los tubos de acero, que harán de
entibación, y en la extracción del suelo contenido dentro del taladro, mediante cucharas, trépanos,
etc. El conjunto de tubos, rígidamente empalmados, forma la columna de entibación o
revestimiento del taladro.
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SONDEOS A ROTACIÓN.
El sondeo a rotación es el procedimiento más extendido para obtener muestra o testigo en
cualquier investigación geotécnica.
El útil de corte que se emplea para la obtención de
muestra de forma continúa es una batería en cuya boca se
implementa una corona, cuyos elementos de corte más
habituales son de widia o diamante.
Un sistema alternativo que permite el avance de la
perforación pero no la recuperación de muestra, es el
sondeo que utiliza una barrena helicoide (a forma de
sacacorchos), el cual precisa para la determinación
discontinua de la columna de terreno de la toma de
muestras con métodos alternativos
Perforación con hélice
Los sondeos con barrena helicoidal pueden utilizarse cuando:
•El terreno es relativamente blando y cohesivo.
•No existen capas cementadas de gravas, ni arenas bajo el nivel freático.
•No se necesita atravesar o penetrar suelos duros (y rocas).
•No se requieren precisiones inferiores a los intervalos entre los que se realiza la toma de
muestras a lo largo de la perforación.
Perforación a rotación con corona y obtención de testigo
Con este sistema puede obtenerse testigo en cualquier tipo de terreno, aunque en suelos
cohesivos blandos, grandes bolos y limos deben tomarse grandes precauciones. En este
procedimiento de perforación con obtención de testigo el útil de corte es la corona.
La corona tiene sección circular y puede ser de dos naturalezas:
Widia. Estas coronas son adecuadas para su uso en suelos y en rocas blandas o medias, pero
nunca en duras o semiduras, donde es aconsejable el uso de diamante.
Diamante. La corona, al ir avanzando en el terreno, va cortando un cilindro de roca llamado testigo
y que va quedando alojado en un tubo roscado a la corona, llamado portatestigo, tubo testiguero
o batería. Éste puede ser un tubo simple o un tubo doble giratorio en el que el tubo interior va
montado sobre un rodamiento a bolas y no tiene por qué girar.
Para los terrenos sueltos o muy blandos debe emplearse el tubo simple y para el resto el doble
giratorio.
Widia
Diamante
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PERFORACIÓN EN SUELOS
Salvo en condiciones especiales de dureza u otras circunstancias, se perforará en seco. En
cualquier caso, en suelos cohesivos se deberá obtener no menos del 95 % de recuperación y, en
suelos granulares, no menos del 90 %.
El fondo de la perforación deberá limpiarse convenientemente antes de cualquier operación de
toma de muestras o ensayos, no admitiéndose en el fondo del sondeo un espesor de sedimentos
superior a 5 cm. La limpieza del fondo se realizará de forma que se asegure que el suelo a ensayar
no resulte alterado en la operación.
Cuando se detecten suelos blandos se procederá al muestro mediante el tomamuestras de pared
delgada.
PERFORACIÓN CON AGUA EN SUELOS
Para estabilizar los sondeos, se utilizará entubación metálica de diámetro no inferior a 98 mm.
La entubación no penetrará nunca en el terreno a mayor profundidad que la prevista para la
ejecución de ensayos o toma de muestras.
El nivel del agua en el sondeo se mantendrá en todo momento a la altura del nivel piezométrico o
ligeramente por encima del mismo. Tanto la herramienta de perforación, como el tomamuestras,
se retirarán lentamente, manteniendo una aportación continua de agua a fin de evitar el posible
aflojamiento del suelo.
En suelos metaestables, muy sensibles a la adición de agua, deberá limitarse la aportación de
agua al sondeo, realizando en seco la maniobra anterior a la toma de muestras o ensayos de
penetración.
PERFORACIÓN EN ROCA
Habitualmente, los pliegos de prescripciones técnicas establecen una serie de condiciones que
pueden usarse como recomendaciones generales. Así, se suele establecer que se perforará a
rotación, utilizando batería doble y con extracción de testigo continuo.
Las coronas de perforación deben ser siempre las más adecuadas a las características del terreno.
Solo si las recuperaciones obtenidas fueran suficientes y la calidad del testigo adecuada, suele
autorizarse al contratista la utilización de batería sencilla.
Si se encontraran formaciones blandas o muy fracturadas, es imprescindible tomar las
precauciones necesarias para mantener el testigo tan inalterado como sea posible y conseguir su
total recuperación.
En roca, la longitud de carrera no suele nunca mayor de tres (3) metros, mientras que en
formaciones blandas o fracturadas, esta longitud no deberá exceder de un metro y medio (1,5 m),
reduciéndose incluso a medio (0,5) metro si fuera aconsejable
TOMA DE MUESTRAS.
Una vez extraído el tubo porta testigos del sondeo, se saca cuidadosamente el testigo de su
interior, colocándolo en una canaleta prevista para este fin y que es un elemento imprescindible.
Una vez puesto todo el testigo recuperado en la canaleta, se procede a la inspección visual y medir
de forma precisa la recuperación obtenida.
A continuación se procede a clasificar el testigo tomando como criterio la medida de la
recuperación obtenida.
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Con el fin de llevar a cabo los ensayos y análisis de laboratorio, es necesaria la obtención de
muestras que conserven algunas o todas las propiedades del terreno. Por ello debe distinguirse:
•
Muestras alteradas: aquellas formadas por cantidades de suelos recogidas en bolsos,
trozos de testigos, etc.
•
Muestras inalteradas: las que reflejan íntegramente las características del suelo en su
estado natural en el momento de ser tomadas y ,consecuentemente, su estructura física y
sus propiedades son las mismas que las de el suelo donde se han tomado.
La Norma NTE-CEG distingue varios tipos de muestras en función de las exigencias que cubren:
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Toma muestras de pared gruesa.
Consiste en hincar un tubo en el terreno golpeando con una maza para tomar muestras de suelo
que tengan cierta cohesión. La muestra que se aloja en el interior del tubo es “representativa”
pero no inalterada.
Corte esquemático del tomamuestras partido normal.
Toma muestras “Shelby”.
Muy simple y muy usado. Consta de un tubo de pared delgada, generalmente acerado que tiene el
borde inferior afilado.
Corte esquemático del tomamuestras de pared delgada.
Toma muestra de pistón fijo.
Constituye una variante del tomamuestra de pared delgada. Esencialmente consiste en un
muestreador de este tipo equipado con un pistón interior que cierra la boca del tubo, cuando este
es bajado a la posición de muestreo, pero que este se fija a este nivel a medida que avanza el
tubo dentro del suelo. Se puede operar el pistón para producir un vacío entre él y la parte superior
de la muestra, lo que facilita su tención en el tomamuestras.
Corte esquemático del tomamuestras de pistón.
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Tubo doble giratorio.
Se trata de un tubo doble giratorio cuyo portamuelles sobresale de la corona entre 4 y 9 cm con lo
que se consigue que el fluido de perforación no llegue a la muestra y que la corona no pueda rozar
el testigo. El tubo exterior rota y corta el suelo, el interior permanece estacionario y protege a la
muestra del agua de lavado.
Corte esquemático del tomamuestras rotatorio de doble tubo, tipo Denison.
Corte esquemático del tomamuestras pilcher. (a) Tubo muestreador se suspende del barril
cortador al bajarlo en la perforación. (b) El resorte mantiene el tubo adelante del barril cortador al
forzarlo en suelo blando.
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DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE CALIDAD DE LA ROCA
Este índice se, expresado en tanto por ciento, se obtendrá como cociente entre la longitud total del
testigo, considerando solamente aquellas partes del mismo de al menos diez (10) cm de longitud de
perforación de cada maniobra.
La Calidad de la roca se determina mediante el RQD (Rock Quality Designation)
-
Se basa en la recuperación modificada de un testigo. (El porcentaje de recuperación de un
testigo de sondeo).
-
Depende indirectamente del número de fracturas y el grado de alteración del macizo rocoso.
Se cuentan solamente fragmentos iguales ó superiores a 100mm de longitud.
El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57,4mm, y tiene que ser perforado
con un doble tubo de extracción de testigo.
-
El valor RQD es representativo para cada tramo, representa además un valor
numérico de la calidad de la roca; en este sentido, es necesario utilizar toda la información de
las perforaciones diamantinas y los datos de campo referidos al número de discontinuidades.
Aquellas fracturas que evidencien haber sido producidas durante la perforación o
manipulación, no serán consideradas como tales a efectos de determinar el índice
RQD.
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Jv : número de juntas identificadas en el macizo rocoso por metro cúbico.
OBSERVACIONES Y MEDICIONES DEL NIVEL FREÁTICO.
Es habitual llevar un registro del nivel freático en todos
los sondeos, no solo durante la perforación, sino tras
su finalización, al menos tras la terminación de la
campaña.
En los sondeos en ejecución se controlará la posición
del agua en los mismos, indicando la profundidad a que
se encuentra el sondeo, así como la hora y la fecha de
las lecturas.
Durante la realización de la campaña de campo, se
efectuarán diariamente, y como mínimo, dos
mediciones del nivel freático hasta su estabilización en
todos los sondeos terminados. Una vez estabilizado
éste las medidas podrán espaciarse hasta una medición
por semana. Es posible que se tome la decisión de
modificar esta secuencia de medidas, en función de las
características existentes de la zona.
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ENSAYOS “IN SITU”.
Se incluyen en este apartado:
1-Pruebas de penetración.
-
Ensayo de penetración estandar (SPT)
Ensayo de penetración de cono (CPT + CPTu)
Dilatómetro de placa plana (DMT)
Presurómetro (PMT)
Corte en veleta (VST)
ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDART (SPT).
La denominación S.P.T se corresponde con las siglas en inglés (Estándard Penetration Test) y es el
ensayo más extendido de los que se realiza en el interior de un ensayo geotécnico en suelos o en
roca muy alterada (blanda o meteorizadas). Tanto el equipo utilizado como el procedimiento
operativo del ensayo se ajustan a lo establecido por la Norma ASTM D 1586-.
Consiste en determinar el número de golpes N de un martillo con peso de 63,5 kg y 762mm de
altura de caída, necesarios para hincar en el suelo inalterado un tomamuestras partido normal en
una distancia de 305mm (1 pie).
Disposición para la toma de muestra y ejecución del ensayo normal de penetración por lavado.
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ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁTICA (CPT).
Los penetrómetros estáticos permiten efectuar la penetración de un varillaje a velocidad lenta y
constante (2cm por segundo) por medio de gatos. Están, además, diseñados para medir
separadamente la presión de hundimiento en la punta y el rozamiento lateral de las capas
atravesadas.
Corte esquemático del cono holandés de doble movimiento y sus movimientos.
DILATÓMETRO DE PLACA PLANA (DMT).
Fue desarrollado por Marchetti, consiste en una pala (u hoja plana) de acero de las dimensiones
indicadas en la figura. El dilatómetro se presiona en el terreno con incrementos de 15 a 30cm. A
cada incremento de penetración se miden las presiones P0 requerida para iniciar el movimiento (el
despegue es un movimiento de 0,05mm) y la P1 necesaria para producir una deflexión de 1,1mm
en el centro de la membrana. La membrana es de acero flexible y se infla con gas nitrógeno.
Dilatómetro de Marchetti.
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PRESURÓMETRO MÉNARD (PMT).
Consiste en efectuar una puesta en carga lateral progresiva del terreno por medio de una sonda
cilíndrica dilatable radialmente que se introduce dentro de un taladro realizado previamente. De
esta manera se obtiene una curva de variación de las deformaciones del suelo en función del
esfuerzo aplicado.
CORTE EN VELETA (VST).
En muchos problemas prácticos, surge la
necesidad de determinar la resistencia al corte
no drenada y la sensibilidad de depósitos
blandos y muy blandos de arcilla.
Consiste en hincar en el terreno un "molinete"
constituido por cuatro placas de acero
ortogonales solidarias a un varillaje y medir el
par de torsión T al girar el dispositivo hasta la
ruptura del terreno.
Al ser el cizallamiento relativamente rápido, el
agua no tiene tiempo a ser evacuada y se
trata entonces de un ensayo no drenado.
Disposición esquemática del ensayo de veleta.
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GEOFÍSICA - INTRODUCCIÓN
La geofísica estudia la tierra en su composición, sobre la base de medidas de tipo físico que
normalmente se realizan desde la superficie o desde sondeos.
Cuando este estudio tiene que ver con áreas relativamente pequeñas y profundidades que no
sobrepasen máximo unos pocos kilómetros, para obtener un fin económico inmediato, se habla de
geofísica aplicada, y el conjunto de métodos para obtener ese fin constituyen la prospección
geofísica.
Cuando tiene que ver con áreas más pequeñas, de unos metros a decenas de metros, con
aplicación a la obra civil, se habla de geotecnia.
Se puede obtener información sobre la composición del subsuelo mediante algún parámetro físico
medido en superficie, que puede ser la velocidad de una onda mecánica, o variaciones de un campo
gravitacional producidas por diferencias de densidad, o la intensidad de una corriente asociada a la
mayor o menor facilidad de propagación de las cargas eléctricas.
Los métodos ofrecen una forma de obtener información detallada acerca de las condiciones del
suelo y rocas del subsuelo.
Esta capacidad de caracterizar rápidamente las condiciones del subsuelo sin perturbar el sitio ofrece
el beneficio de costos más bajos, menos riesgo, y menor impacto ambiental, dando mejor
entendimiento general de las condiciones complejas del sitio.
Es necesario a menudo utilizar más de un método para lograr obtener la información deseada.
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Para poder aplicar un método geofísico en una prospección, es necesario que se presente dos
condiciones importantes:
1. que existan contrastes significativos, anomalías que se pueden detectar y medir.
2. -que estos contrastes se puedan correlacionar con la geología del subsuelo.
En minería tienen especial interés en la exploración y en la investigación de yacimientos.
2-Métodos geofísicos.
Tienen como finalidad:
Determinar las propiedades físicas del terreno.
Realizar determinaciones geológicas como estratigrafía de los materiales, disposición de
heterogeneidades, fallas, nivel freático, etc.
Determinar propiedades de los suelos y rocas para deducir su comportamiento mecánico.
Activos:
Introducen una alteración en el terreno y miden su respuesta:
Geoeléctricos, Electromagnéticos, Sísmicos, Georadar, Polarización inducida, etc.
Pasivos:
Miden la variación de alguna propiedad natural del terreno:
Gravimetría, Magnetometría, Geoquímica, Radiometría, Potencial espontáneo, etc.
En general los métodos activos, si son aplicables, permiten determinaciones más precisas.
Las técnicas utilizadas son muy variadas, están en continuo desarrollo y necesitan de especialistas
para su aplicación e interpretación.
Se describen a continuación algunos métodos geofísicos y sus aplicaciones más destacadas:
Geoeléctricos: los métodos geoeléctricos han sido utilizados en infinidad de aplicaciones y en la
actualidad han tenido mucho éxito, permitiendo investigar la distribución de resistividades
eléctricas o conductividades en el subsuelo desde unos pocos metros hasta decenas de kilómetros.
Dentro de la gran cantidad de aplicaciones podemos mencionar:
a .-Detección de agua subterránea (acuíferos y corrientes subterráneas)
b.- Investigación de depósitos de minerales (metálicos y no metálicos)
c.- Determinación de intrusión salina en acuíferos costeros.
d.- Detección de cavidades y fracturas.
e.- Detección de plumas contaminantes por hidrocarburos o lixiviados.
f.- Determinación de la estratigrafía del subsuelo.
g.- Evaluación de bancos de materia (arena y grava)
h.- Determinación de profundidad al nivel freático
Gravimetría: La gravimetría es un método que permite caracterizar el subsuelo a través de la
distribución de la densidad de masa de los distintos materiales del subsuelo, haciendo mediciones
del campo natural gravimétrico terrestre. Permite caracterizar el subsuelo desde algunos metros
hasta decenas de kilómetros de profundidad.
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Dentro de las aplicaciones podemos mencionar:
a.- Geometría de cuencas sedimentarias
b - Estudios en zonas arqueológicas
c.- Evaluación de campos petroleros en apoyo a la exploración sísmica.
Magnetometría: la magnetometría es un método que permite caracterizar el subsuelo a través
de la distribución de la susceptibilidad magnética de los distintos materiales del subsuelo
directamente relacionada con el contenido de minerales con propiedades magnéticas, haciendo
mediciones del campo natural magneto métrico terrestre.
Dentro de las aplicaciones podemos mencionar:
a.- Investigación de depósitos minerales (magnéticos)
b - Estudios en zonas arqueológicas
c.- Evaluación de campos petroleros en apoyo a la exploración sísmica.
Sísmicos: los métodos sísmicos son utilizados para medir velocidad de propagación de ondas en
el subsuelo permitiendo caracterizar el subsuelo desde la superficie a centenas de metros.
Dentro de las aplicaciones podemos mencionar:
a.- Determinación de la profundidad a la roca sana
b.- Caracterización del basamento rocoso
c.- Determinación de la estratigrafía y geometría del subsuelo
d.- Cálculo de parámetros elásticos del subsuelo a partir de las velocidades de onda (P y S).
e.- Apoyo en la detección de agua subterránea
f.- Evaluación de bancos de material (arena, grava, roca, etc.)
Georadares: Los radares de penetración en tierra (GPR) o georadares, son sistemas
electromagnéticos para el estudio no destructivo del subsuelo. Están basados en la radiación,
mediante una antena transmisora (denominada usualmente TX) muy próxima al suelo, de una
señal que en la mayoría de los radares es transitoria esto es, un pulso electromagnético de corta
duración. Estos radares son denominados de impulso 1.
El pulso radiado penetra en tierra donde parte de él se refleja hacia la superficie cada vez que
interacciona con un objeto, estructura o cambio en la estratigrafía del terreno, con propiedades
Electromagnéticas (esto es, parámetros constitutivos constante dieléctrica, ε, permeabilidad
magnética, µ, y conductividad eléctrica σ) diferentes de las del medio circundante. La señal
reflejada es recibida por una antena receptora (denominada usualmente RX) de las mismas
características.
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Los denominados de impulso en el que la señal radiada es un pulso de duración de 1 hasta 10ns aunque
también son posibles pulsos más estrechos.
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Geoquímica: la geoquímica es un método indirecto de prospección que se ocupa de la
determinación de la distribución y de la abundancia de ciertos elementos como los elementos
indicadores relacionados con un depósito mineral.
Una anomalía geoquímica se refiere a una variación en la abundancia de un elemento en
comparación a su abundancia normal en un área definida, que puede estar (o no) relacionada con
un depósito mineral.
Para un reconocimiento geoquímico general se toman las muestras, de sedimentos de ríos, de
suelos y de rocas, etc., según una malla definida por los conocimientos previos del terreno, que se
analizan posteriormente. En casos especiales se trabajan con muestras de vapor, vegetación y agua.
Los resultados se presentan en un mapa o un perfil geoquímico por medio de isolíneas o es decir de
líneas, que unen los puntos o lugares de la misma concentración de un elemento.
Atlas geoquímico de la provincia de Neuquén
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MAPAS TOPOGRÁFICOS:
Un mapa topográfico muestra la forma y elevación de la superficie de la tierra así como la
localización de estructuras hechas por el hombre, como carreteras, escuelas y fronteras políticas.
Las elevaciones y otros rasgos naturales se muestran con curvas de nivel, que en los mapas
topográficos son líneas con la misma elevación por encima del nivel del mar; esto es, la línea
determinada por la intersección del terreno con un plano horizontal. Las curvas de nivel de un mapa
topográfico están a una distancia fija unas de otra, conocida equidistancia. Las equidistancias más
comunes son 5, 10, 20, 40, 80 ó 100 metros o pies. La equidistancia seleccionada para un mapa
determinado depende de la topografía representada y de la escala del mapa. Si hay relativamente
poca diferencia de elevación, o relieve, entre el punto más bajo y el punto más alto, la equidistancia
seleccionada puede ser relativamente pequeña; contrariamente si la diferencia de elevación es más
importante, el indicador del mapa tendrá una equidistancia más grande para que el lector pueda
resolver líneas de contorno individuales en pendientes pronunciadas. Esto saca a colación un punto
importante: cuando las curvas de nivel están cercanas, la inclinación o pendiente de la tierra es
relativamente pronunciada comparada con zonas más llanas en las que las curvas de nivel están
más separadas.
Las escalas de un mapa topográfico, o de cualquier mapa puede expresarse de varias
maneras. En primer lugar, la escala puede darse como una relación, por ejemplo, 1 a 25000
(1:25000) que significa que 1centímetro en el mapa equivale a 25000 centímetros en el suelo. En
segundo lugar, un mapa topográfico puede tener varios gráficos o barras de escalas subdivididos
por ejemplo en metros y kilómetros. Estas escalas se encuentran normalmente en la parte inferior y
son útiles para medir distancias. Una escala común en mapas topográficos es 1:25000 y 1:50000,
pero también se utilizan escalas de 1:100000 o más pequeñas. Además de las curvas de nivel, los
mapas topográficos muestran también una serie de elementos como carreteras, casas y otras
edificaciones.
De hecho, se utiliza una serie completa de símbolos en los mapas topográficos, como los indicados
en la figura 1.
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FIGURA 1. SIMBOLOS DE MAPAS TOPOGRÁFICOS. Este gráfico muestra algunos de los
símbolos topográficos más comunes utilizados por el Servicio Geológico de Estados Unidos.
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Lectura de mapas topográficos.
Existen algunas reglas generales para leer mapas topográficos:
•
•
•
•
Los valles que contienen arroyos de cualquier tamaño tienen un contorno en forma de V en
el cual el vértice de la V señala en la dirección de aguas arriba (regla de la V).
Cuando las curvas de nivel están cercanas entre sí, la pendiente o inclinación de la
superficie de la tierra es relativamente pronunciada y cuando las curvas de nivel está
relativamente separadas, la pendiente es pequeña y la tierra más llana.
El contorno cerca de la parte superior de colinas o montañas puede mostrar un cierre, esto
es, la curva de nivel se une consigo misma en lugar de extenderse al extremo del mapa.
Estos contornos cerrados pueden ser relativamente ovales o redondos par un pico cónico o
más largos y estrechos para una cresta.
La mayor parte de las depresiones topográficas también se muestran con contornos
cerrados, la diferencia es que el contorno de una depresión tiene pequeños trazos o
marcas en las curvas de nivel que señalan hacia el centro de la depresión.
En resumen, después de observar diferentes mapas topográficos y de trabajar con ellos durante
algún tiempo, puede empezar a verse el patrón de contornos como un paisaje real formado por
colinas, valles y otros rasgos.
Perfil de una Línea.
Es la línea determinada por la intersección del terreno con un plano vertical que pasa por la línea.
Para dibujar el perfil de una línea, conociendo cotas de diferentes puntos sobre ella, se localizan
éstos sobre un papel (generalmente papel milimetrado) mediante un sistema de coordenadas en
las cuales las abscisas representan distancias horizontales y las ordenadas las correspondientes
cotas. Uniendo estos puntos así determinados se obtiene el perfil de la línea.
EJEMPLO DE UN PAISAJE COSTERO.
Si estuviésemos volando a lo largo de la costa en un avión tendríamos una vista lateral u oblicua
de este paisaje formado por dos montes con un valle interpuesto. La costa a lo largo del monte
hacia la derecha es un acantilado marino y en el centro hay una península formada por un banco
de arena por procesos de corriente costera. El gancho en el extremo de la península sugiere que la
dirección del transporte litoral de arena en la zona de oleaje y la playa es de este (derecha) a
oeste (izquierda).
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(a) Vista oblicua de la costa cuyo mapa se muestra en la parte (b) de esta figura.
(b) Mapa topográfico de la misma zona con una equidistancia de 20mts.
Actualmente también se pueden utilizar satélites de Sistema de Posicionamiento Global (GPS)
para ubicarnos y trabajar con mapas. Se puede disponer de receptores GPS de mano a bajo precio
que pueden localizar la posición en el terreno con una precisión aproximada de 10 a 20 metros.
Los receptores GPS funcionan recibiendo señales de al menos cuatro satélites y calculando la
distancia desde cada satélite a una posición determinada. Esto se realiza con relojes de
extraordinaria precisión que determinan el tiempo de retardo en recibir una señal de radio
esperada de cada satélite; cuanto más largo sea el retardo más lejos está el satélite del receptor.
Con señales de al menos cuatro satélites, la computadora del receptor GPS puede calcular la
posición tridimensional en la superficie de la tierra. Utilizando un método conocido como GPS
diferencial (DGPS), la precisión al definir la posición puede ser reducida a centímetros utilizando un
factor de corrección de un receptor de referencia cercano situado en una localización conocida.
Otra manera de aumentar la precisión en la posición es promediar múltiples medidas tomadas en
la misma localización en un período de diez minutos o más.
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El receptor GPS puede estar conectado directamente a un programa de computadora tipo sistema
de información geográfico (SIG) de manera que cuando se conoce una posición, puede ser trazada
directamente en un mapa visualizado en la pantalla de la computadora del receptor, del vehículo o
la computadora portátil. La tecnología GPS y SIG ha revolucionado la manera de hacer mapas en
el terreno.
MAPAS GEOLÓGICOS.
Los geólogos están interesados en los tipos de materiales de la tierra que se encuentran en una
localización determinada y en su distribución espacial.
Para que la geología se aproveche al máximo en las investigaciones del sitio, es necesario que los
resultados de los estudios geológicos se comuniquen a los responsables de estas partes preliminares
de los proyectos de ingeniería civil. Esto puede hacerse por medio de la palabra impresa en
informes; las fotografías que pueden proporcionar información complementaria y útil. La imagen
completa de la geología local puede presentarse mejor por medio de un mapa geológico general.
Aparentemente son poco diferentes de los mapas topográficos a colores con los cuales todos los
ingenieros civiles están familiarizados.
Los principios básicos de la construcción de mapas geológicos deben ser conocidos por los
ingenieros civiles.
MAPAS GEOLÓGICOS y SU USO
Los mapas topográficos comunes constituyen la base de todos los mapas geológicos. Las
exposiciones de los diferentes estratos de roca se marcarán por sombreado (blanco y negro) o en
colores distintos de acuerdo con algún patrón aceptado. Se marcarán los contactos entre los
estratos vecinos, cuando sea posible, con indicaciones del echado y de otras características
geológicas, como diques, también marcados claramente. Un mapa geológico completo para un
campo de estructura normal da, por lo tanto, un mapa topográfico que es aceptable a la simple
vista, coloreado especialmente y marcado. Representa mucho más que lo que el mapa topográfico
usual indica y merece estudio cuidadoso y detallado. Un número de publicaciones tratan
exclusivamente de la interpretación cuantitativa de dichas mapas, tema que solamente se tocará
aquí. La base de todo estudio interpretativo es una realización del hecho de que los signos
topográficos y, en particular, las líneas de contorno no representan más que superficie del terreno,
en tanta que las marcas geológicas indican también la estructura sub-superficial.
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Ciertas características llegan a ser evidentes después de examinar diferentes tipos de mapas; las
más comunes de éstas pueden memorizarse como cuatro reglas generales:
•
•
•
•
Las líneas en el mapa que representan límites de estratos que son horizontales serán
paralelas con las curvas de nivel.
Las líneas en el mapa que representan límites de estratos que tienen echado entrando a una
ladera de colina se curvarán menos que lo que hacen las curvas de nivel correspondientes.
Las líneas en el mapa que representan límites de estratos que tienen echado desde el lada
de una colina se curvarán más que las curvas de nivel de la colina, excepto cuando el
echado excede la inclinación promedio de la colinas
En las valles el estrato se mostrará en los mapas en forma V y con dirección corriente arriba
en todos los casos excepto en aquellas en los cuales el echado es corriente abajo' a un
ángulo mayor que la inclinación del piso del valle.
Al recordar que los mapas geológicos son representaciones en dos dimensiones de una estructura
que fundamentalmente es tridimensional, el lector puede apreciar que, antes de la terminación de
muchos mapas geológicos, es necesario graficar una sección transversal a lo largo de algunas líneas
especiales a través del área bajo investigación; pero debe hacerse con objeto de estudiar la
estructura aludida desde otro ángulo. Asimismo, cuando se ha terminado un mapa geológico casi
siempre es aconsejable una o más secciones con objeto de presentar una idea más clara de la
estructura estudiada que la que puede obtenerse de un estudio de la sola superficie del mapa. A
veces hay una o más de dichas secciones impresas en las bordes de los mapas geológicos
publicados oficialmente. Desde luego, la escala vertical usada está distorsionada, pero para los
ingenieros esta característica de las secciones geológicas no es extraña. La preparación de esas
secciones a partir del mapa base es bastante sencilla.
El echado (buzamiento) de los estratos de roca y los diversos planos de contacto graficados
indicarán la dirección general de los lechos; y cuando éstos se dibujan, la estructura fundamental de
las rocas se hará clara inmediatamente. Un punto importante qué notar cuando se usan dichas
secciones es que, si la sección tomada no se alinea exactamente con la dirección del echado de los
lechos, un echado proyectado se mostrará en la sección. La relación de la dirección de la sección y
el echado de los estratos principales siempre debe establecerse.
Con objeto de obtener la mayor información posible en los mapas geológicos y en un estilo
conveniente para uso, han evolucionado sistemas de "taquigrafía" para indicar en forma concisa las
características de importancia.
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La Tabla 1 muestra algunos símbolos típicos. Todos los mapas bien impresos incluirán una lista de
los símbolos usado, de modo que no haya ninguna confusión al emplear mapas de agencias,
diferentes que no tienen símbolos idénticos, aunque los signos más comunes están en uso casi
universal.
Tabla 1.
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Símbolos típicos para diferenciar diferentes tipos de rocas en las secciones geológicas usadas
por el U.S Geological Survey.
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(a)Mapa geológico idealizado muy sencillo que muestra tres formaciones, cada una de las cuales
está compuesta por un tipo diferente de roca sedimentaria. (b) Sección transversal geológica y un
perfil topográfico a lo largo de la línea E-E’. La sección transversal muestra que el patrón de
formaciones en el mapa geológico está hecho por una estructura geológica en forma de arco
denominada anticlinal.
FOTOGRAMETERÍA Y FOTOGRAFÍA AÉREA.
Técnica de obtener información cuantitativa y cualitativa a partir de fotografías aéreas.
La palabra fotogrametría se deriva del vocablo "fotograma" (de "phos", "photós", luz, y "gramma",
trazado, dibujo), como algo listo, disponible (una foto), y "metrón",medir.
Por lo que resulta que el concepto de fotogrametría es: "medir sobre fotos".
El objeto de la fotogrametría es pasar de la proyección cónica que constituye el fotograma a la
proyección ortogonal que es el plano topográfico.
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1. Fotogrametría métrica:
Se aplica en la determinación de
distancias, elevaciones, áreas,
volúmenes, perfiles y secciones
transversales, así como en la
elaboración de mapas topográficos
con base en mediciones hechas en
las fotografías.
2. Fotointerpretación:
Tiene por objeto el reconocimiento
y análisis de objetos a partir de sus
imágenes fotográficas.
(Forma, sombra, tamaño, y textura)
MODELOS DIGITALES DEL TERRENO.
Los datos topográficos para muchas zonas del mundo están ahora disponibles en soporte
informático. Estos conjuntos de datos contienen una selección de valores de elevación con un
espaciado específico, por ejemplo, la elevación de la superficie de la tierra en una cuadrícula
de 30 metros para un área de 900 metros cuadrados. Se utilizan programas de computadora
para sintetizar y ver estos datos; puede añadirse un sombreado de color para mostrar la
topografía. La representación gráfica resultante de la superficie de la Tierra se conoce como
modelo digital del terreno (MDT).
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RESUMEN DE LA UNIDAD:
1. El estudio geotécnico es el compendio de información cuantificada en cuanto a las
características del terreno en relación con el tipo de edificio previsto y el entorno donde se ubica,
que es necesaria para proceder al análisis y dimensionado de los cimientos de éste u otras obras.
Las características del terreno de apoyo se determinarán mediante una serie de actividades que en
su conjunto se denomina reconocimiento del terreno y cuyos resultados quedarán reflejados en el
estudio geotécnico.
2. La prospección del terreno podrá llevarse a cabo mediante calicatas, sondeos mecánicos,
pruebas continuas de penetración o métodos geofísicos.
3. Los Métodos geofísicos tienen como finalidad determinar propiedades físicas del terreno, realizar
determinaciones geológicas como estratigrafía de los materiales, disposición de heterogeneidades,
fallas, nivel freático, etc, y determinar propiedades de los suelos y rocas para deducir su
comportamiento mecánico.
Pueden ser activos si introducen una alteración en el terreno y miden su respuesta.
Pueden ser pasivos si miden la variación de alguna propiedad natural del terreno.
4.Un mapa topográfico es una representación, generalmente parcial, del relieve de la superficie terrestre a una escala definida. A diferencia de los planos topográficos, los mapas topográfi
cos representan amplias áreas del territorio: una zona provincial, una región, un país o el mun
do. En ellos se incluyen curvas de nivel, que permiten reflejar la forma de la superficie de
la Tierra.
5. El mapa geológico muestra la distribución de los distintos tipos de roca sobre el terreno, su
forma y las relaciones entre ellos. Puede mostrar también otros datos adicionales como pueden ser su edad geológica y su estructura (pliegues y fallas). Los datos geológicos, observables tanto directamente como indirectamente, se representan sobre una base topográfica o
cualquier otro soporte de información geográfica.
6. Varios tipos de mapas e imágenes son útiles en la evaluación de la geología y los procesos de la
Tierra. De especial importancia son los mapas y perfiles topográficos, los mapas geológicos y las
secciones transversales. A partir de datos topográficos pueden construirse modelos digitales del
terreno y también se dispone de una serie de mapas para otras aplicaciones especiales.
Bibliografía consultada para el resumen de la unidad:
Ingeniería en Cimentaciones – Fundamentos e Introducción al análisis Geotécnico.
Manuel Delgado Vargas
Utilización de técnicas de sondeos en estudios geotécnicos.
Juan Herrera Herbert/Jorge Castilla Gómez
Topografía - Alvaro Torres Nieto/ Eduardo Villate Bonilla.
Riesgos naturales – Procesos de la Tierra como riesgos, desastres y catástrofes.
Edward A. Keller-Robert H. Blodgett
ANOTACIONES: