UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y DE LA

CONSTRUCCIÓN LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES

CÓDIGO:

PT-15 REGISTROS DEL SISTEMA DE CALIDAD

GUÍA DE PRACTICAS DE LABORATORIO

ELABORADO POR: DOCENTE RESPONSABLE

APROBADO POR: COORDINADOR ÁREA DE CONOCIMIENTO

FIRMA: FIRMA:

FECHA: FECHA:

CARRERA: INGENIERIA CIVIL ASIGNATURA: INGENIERIA DE SUELOS PROFESOR: ING. HUGO BONIFAZ

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HISTÓRICO DE MODIFICACIONES

EDICIÓN FECHA HOJAS

AFECTADAS CAUSA

1 JUNIO 2014 TODAS CREACIÓN DEL REGISTRO

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PRACTICA No: 6

TEMA: MÉTODO DE REFRACCIÓN SÍSMICA NORMA: ASTM D 5777 OBJETIVO: Determinar la Velocidad de Propagación de las ondas sísmicas en el suelo, para de esta manera establecer el Tipo, Espesor, Carga Admisible y Módulo de Elasticidad de dicho estrato de suelo. - MARCO TEÓRICO: Produciendo un impacto mecánico (choque o explosión) se propagan en el subsuelo ondas sísmicas, con velocidades diferentes según los terrenos atravesados. Esta velocidad de las ondas sísmicas depende esencialmente de la compacidad de las capas consideradas. La refracción sísmica saca partido de este fenómeno. En la mayoría de los casos, para el subsuelo próximo, las capas presentan velocidades crecientes con la profundidad. Se admite que la onda de choque se propaga en línea recta en un terreno dado, no cambiando nunca la dirección, excepto cuando penetra en un terreno diferente (refracción de la onda). Consideremos dos capas diferentes superpuestas A y B, la capa superior A tiene una velocidad V1, que es inferior a la velocidad V2, correspondiente a la capa inferior B. La onda creada podrá alcanzar el geófono siguiendo dos caminos diferentes:

Un camino lento, pero más corto por el terreno A.

Un camino rápido, pero más largo por el terreno B. Si el geófono y el emisor de ondas se encuentran próximos, será la onda que va por el terreno A la que alcance antes el receptor (camino corto). Si después, el punto de impacto se encuentra suficientemente alejado del geófono, será la onda que pasa por el terreno B la que llegará primero (camino más largo, pero mayor velocidad).

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- PARTE EXPERIMENTAL: - MATERIALES, EQUIPOS E INSUMOS.

Materiales y equipos cantidad insumos cantidad

Computador Geófonos Medidor de los tiempos de refracción de las ondas sísmicas en el suelo. Martillo o masa

1 12 1 1 1

- PROCEDIMIENTO El ensayo de refracción sísmica se realiza básicamente de la siguiente manera:

Un emisor de ondas móvil (masa, martillo o explosivos) permite crear los impactos.

Un captor fijo o geófono, mide el tiempo de llegada de las ondas propagadas por el subsuelo.

Visto que la velocidad de las ondas sísmicas es mayor en los suelos saturados que en los suelos no saturados se puede aplicar este método en la determinación del nivel de agua en los suelos permeables.

La profundidad normal de la investigación oscila entre 10 y 20 m. con posibilidad de alcanzar profundidades del orden de 100 a 200 m. en determinados casos muy favorables. De una forma general, la profundidad explorada está comprendida entre el 20 y el 40% de la distancia que separa el emisor del receptor.

Los resultados obtenidos son las velocidades de propagación de las ondas de los medios encontrados, así como los espesores. Por comparación con medios tipo de referencia, es posible tener una idea de su naturaleza geológica. Este método es aplicable a determinados problemas de cimentación, así como el estudio de capas aluviales, deslizamientos, graveras y areneros, etc.

Una fuerte humedad crea generalmente corto circuitos en los aparatos alterando las medidas. El hielo modifica las velocidades falseando los resultados, así como una fuente de vibraciones próxima (viento violento en los árboles, paso de trenes, circulación de maquinaria pesada), provocando también ondas parásitas que pueden también alterar las medidas. Pero sobre todo, si estamos ante un terreno de alta velocidad, que se encuentra sobre otro de velocidad más débil, este último no puede

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ser prospectado, puesto que la onda profunda en ningún caso alcanzará la onda superficial.

- CÁLCULOS Si sobre un gráfico de coordenadas, se colocan en las abscisas las distancias entre el punto emisor y el geófono, y en las ordenadas los tiempos medidos, se obtiene una Curva Democrónica, que normalmente está formada por segmentos de rectas correspondientes a las distintas capas del subsuelo. Estos segmentos tienen una gradiente inversamente proporcional a la velocidad del medio considerado, pudiendo por este concepto, obtenerse las velocidades buscadas.

El Espesor de los diferentes estratos, se puede calcular con la siguiente expresión:

12

12

2 VV

VVcD

Donde: D = espesor de cada estrato. c = distancia horizontal correspondiente al cambio de velocidad en la Curva Democrónica V1 y V2 = velocidades de propagación en las diferentes capas de suelo. Cuando en el gráfico aparecen tres o más velocidades correspondientes a diferentes estratos, la expresión para estimar el espesor de los estratos inferiores es usualmente resuelta con la ayuda de ábacos o, para una primera aproximación se puede utilizar las siguientes expresiones:

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1

23

2322 *85.0

2D

VV

VVcD

O también:

23

231212

2 VV

VVccDD

La Velocidad Sísmica es un indicador estimativo de dureza. De la teoría de la Elasticidad, la velocidad de una onda compresiva en un sólido, nos indica ser una función de la masa, módulo de elasticidad y la relación de Poisson. De estos tres valores el más importante es el módulo de elasticidad, el cual es muy sensible a la continuidad y el contacto grano a grano. Los valores típicos de las velocidades se indican en la siguiente tabla. La velocidad del suelo por debajo de los 1100 pie/seg. Es difícil de medir con un reloj sísmico, ya que la onda aérea puede saltar el geófono. Esto dará un valor erróneo de V1 y c1, en las ecuaciones de profundidad. Cualquier velocidad del suelo determinada alrededor de 1100 pie/seg. Deberá revisarse. Por este método también se puede obtener valores aproximados del Módulo de Elasticidad (E) del suelo, utilizando la relación teórica:

50

2

iE

VE

Vi= velocidad de propagación de las ondas sísmicas en el interior del estrato. La Presión Admisible de cada estrato de suelo se puede determinar con la siguiente expresión:

10

N

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Donde N (S.P.T) se calcula con la siguiente expresión, a partir de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en el estrato:

6.7*0284.0 VpN Ejemplo del Ensayo de Refracción Sísmica

1. Con los resultados de un ensayo de refracción sísmica, indicados en la siguiente tabla,

determinar el Módulo de Elasticidad de cada estrato.

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La velocidad V1 será:

segmV

m

segmili

Vm

9.1871000*1879.0

32.51

4

266.21

1

1

1

Y la velocidad V2 será:

segmV

m

segmili

Vm

5.2721000*2725.0

67.31

445

266.211.172

2

2

2

El Módulo de Elasticidad para cada estrato de suelo será:

2

2

1

2

11

12.70650

9.187

50

mKg

E

VE

Entonces se trata de Arena Suelta.

2

2

2

2

22

13.148550

5.272

50

mKg

E

VE

Entonces se trata de Grava Compacta 2. En un ensayo para determinar el coeficiente de elasticidad se obtuvo los siguientes datos:

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Utilizando los datos anteriores realizamos la siguiente gráfica:

Aplicando las fórmulas se tiene: 1. La velocidad de propagación:

s

mv

s

mv

mv

44.12441000*244.12145

1.1040

4801000*48.0

08.21.10

211

2

1

1

1

2. El espesor del estrato:

mh

vv

vvxh

36.34801244

4801244*

2

1.10

*2 12

12

3. El Módulo de Elasticidad:

2

2

2

2

2

1

2

75.3095050

1244

460850

480

50

cmKg

E

cmKg

E

VE

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4. El número de golpes:

golpesN

golpesN

VN p

28730.276.744.1244*0284.0

6032.66.7480*0284.0

6.7*0284.0

1

5. Finalmente la carga admisible:

22

21

8.210

28

10

6.010

6

10

cmKgN

cmKgN

adm

adm

- RESULTADOS Con los datos recolectados en el computador, se procede a determinar los estratos del subsuelo con velocidades de onda secundarias VS y correlacionar el tipo de suelo, y se calcula los asentamientos