1 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN GEOTECNIAUNIVERSIDAD 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 DIAGNÓSTICOAnálisis del Problema Modelo Físico Identificación de Variables Estudios y Ensayos INGENIERO GEOTÉCNICO DIAGNÓSTICO
3 TÉCNICAS DESTRUCTIVAS TÉCNICAS NO DESTRUCTIVASESTUDIOS 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 GEOTÉCNIAGEOFÍSICA TECNICAS NO DESTRUCTIVAS
6 TECNICAS NO DESTRUCTIVASLOS 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 PRESENTACIÓNDESCRIPCIÓN 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 PROSPECCIÓNUN 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 METODOLOGÍACONDUCTIVIDAD ? 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 GEOFÍSICOSRELACIÓN 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 DESTRUCTIVOSONDAS ELÁSTICAS
14 PROPAGACIÓN DE ONDAS SÍSMICAS
15 ENERGÍA Y ATENUACIÓN
16 REFLEXIÓN Y REFRACCIÓNSv 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 - GEOMATERIALESGreenhouse et al. (1998)
19 VELOCIDADES DE ONDA DE CORTE - GEOMATERIALESGreenhouse et al. (1998)
20 VELOCIDADES DE ONDA DE COMPRESIÓN - HORMIGÓNFinno et al. (1996)
21 ENSAYO DE INTEGRIDAD DE PILOTESAnálisis de la Respuesta en Tiempo Análisis de la respuesta en Frecuencia
22 METODO DE LA RESPUESTA EN TIEMPOReflexión: 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 FRECUENCIAMovilidad Dinámica Longitud del Pilote
24 CASOS HISTÓRICO 1: Pilote en CondicionesL = 18 m f = 115 Hz f f f f L = / ( ) = 17,80 m
25 CASOS HISTÓRICO 2: Defectuoso en la CabezaL = 15 m Lp = 14,60 m f = 1650 Hz Lc = 1,20 m f = 140 Hz
26 CASOS HISTÓRICO 3: Pilote Seccionadof = 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 PuenteLp = 11,00 m f = 300 Hz f = 140 Hz
29 CASOS HISTÓRICO 5: Pilote ColapsadoCaño de Agua Vista Derrame Vista Frente Planta
30 CASOS HISTÓRICO 5: Pilote ColapsadoMasa instrumentada Equipo con Trigger De Señales Acelerómetro Pilote Cono Dinámico Trayectoria de las Señales Emitidas
31 ENSAYO DE IMPACT-ECHO APLICACIONESDeterminación 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 SÍSMICADETECCIÓN DE UN CONDUCTO DE GRAN DIÁMETRO
34 ENSAYO DE REFLEXIÓN SÍSMICADETECCIÓN DE UN CONDUCTO DE GRAN DIÁMETRO
35 ENSAYO DE CROSS-HOLE APLICACIONES: Verificación SísmicaOsciloscopio 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 20.00Arena 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; SASWPROCEDIMIENTO APLICACIONES: Cambios de Estratigrafía Detección de Cavidades e Inclusiones Estudio de Paquetes Pavimentos Control de Compactación Estudios Geosísmicos
44 ANÁLISIS ESPECTRAL; SASWPROCESAMIENTO 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 MedicionesPROCESAMIENTO Incognita Determinada Geométricamente Mediciones
47 Soluciones Para Matrices SobredimensionadasA. 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 ESTRUCTURASCONCEPTO Modos Teóricos de Vibración (flexión) (Richard et al, 1970) Se Compara Con Los Medidos In Situ
51 ANÁLISIS MODAL DE ESTRUCTURAS DISPOSITIVOS DE MEDICIÓNAPLICACIONES: 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 entrepisoAtenuación 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 VIBRACIONESAPLICACIONES · 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 VIBRACIONESRESULTADOS 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 ELECTROMAGNÉTICASECUACIÓN DE LA PROPAGACIÓN CONSTANTE DE PROPAGACIÓN
65 CONSTANTE DE ATENUACIÓNVELOCIDAD DE PROPAGACIÓN CONSTANTE DIELÉCTRICA
66 MECANISMOS DE POLARIZACIÓN
67 POLARIZACIÓN EN SUELOS
68 POLARIZACIÓN POR ORIENTACIÓN
69 POLARIZACIÓN MAXWELL-WAGNER
70 PARÁMETROS GEOFÍSICOSRELACIÓN 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 MATERIALESAnnan (1991)
72 GEORRADAR (GPR) IMPEDANCIA COEFICIENTE DE REFLEXIÓN
73 GEORRADAR (GPR) SISTEMA DE MEDICIÓN
74 CASO HISTÓRICO 1: TúnelesAnnan (1991)
75 CASO HISTÓRICO 2: Deslizamiento de un TaludRinaldi y Francisca (1997)
76 CASO HISTÓRICO 3: Contaminación
77 SONDEO GEOELECTRICO VERTICALAPLICACIONES: 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 VERTICALPERFIL GEOELÉCTRICO
81 SONDEO GEOELECTRICO VERTICAL PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN
82 CALICATA GEOELÉCTRICA CONTROL DE COMPACTACIÓN
83 TOMOGRAFÍA GEOELECTRICALoke (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 EMISORPlano de Ubicación
87 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISORTraza del Conducto
88 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISORGeoeléctrica de Agua
89 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISORPREPARATIVOS Y TRASLADO DE EQUIPOS
90 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISORFLOTACIÓN DE LA LINEA DE ELECTRODOS
91 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISORPOSICIONAMIENTO Y MEDICIÓN
92 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISORAjuste de los Sondeos Resistivos y Geotécnicos
93 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISORProcesamiento de un SEV
94 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISORPerfil Resistivo Tipo
95 RIO DE LA PLATA: CONDUCTO EMISORCurvas 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 CUALITATIVOSLOS 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