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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 INVESTIGACIÓN- Unidad Temática 7 del Curso Geología Aplicada a la Ingeniería Civil y al Medio Ambiente

1 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.)


2 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.


3 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.


4 SONDEOS A ROTACIÓN. El sondeo a rotación es el procedimiento más extendido para obtener muestra o testigo en cualquier investigación geotécnica. 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

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


5 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:


7 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.


8 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.


9 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.


11 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.


12 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.


13 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.


15 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. 1 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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19 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.


21 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.


24 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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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).

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)


29 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, observa- bles 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:

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