PERFORACIÓN Y MUESTREO
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PERFORACIPERFORACIÓÓN Y MUESTREON Y MUESTREO
JAIME SUAREZ DIAZJAIME SUAREZ DIAZ
BUCARAMANGA COLOMBIABUCARAMANGA COLOMBIA
METODOS DE SONDEOMETODOS DE SONDEOMETODOS DE SONDEO
Se requiere analizar las muestras en el laboratorio para determinar su resistencia.
Se obtienen muestras inalteradas de suelo o roca.
Sondeo a Sondeo a rotacirotacióónn
Las muestras son alteradas y en materiales muy duros se produce rechazo.
Método rápido y eficiente de determinar la resistencia de los materiales y al mismo tiempo recuperar las muestras.
PenetraciPenetracióón n estandarestandar
Hay limitaciones de profundidad y en ocasiones la estabilidad de las paredes es crítica. Puede ser imposible de realizar por debajo del nivel freático.
Permiten el examen visual de los estratos, condiciones del nivel freático, interfase suelo – roca, discontinuidades y superficies de ruptura.
ApiquesApiques
Las muestras son alteradas y la penetración en suelos duros es muy difícil.
Permite definir el perfil estratigráfico en suelos granulares y algunos tipos de arcilla.
AugersAugers
No se obtienen muestras ni se identifican los estratos.
Da información de espesores de suelo suelto y profundidades de roca y provee información general sobre la calidad de los mantos de suelo.
PenetrPenetróómetmetrosros de conode cono
LIMITACIONESAPLICACIONESCATEGORIA
EXCAVACION VERTICALEXCAVACION VERTICALEXCAVACION VERTICAL
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BARRENOS MANUALESBARRENOS MANUALESBARRENOS MANUALESELA
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BARRENOS BARRENOS MOTORIZADOSMOTORIZADOS
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PERFORACIONESPERFORACIONES
EQUIPOS AUTOPROPULSADOSEQUIPOS AUTOPROPULSADOS
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EQUIPOS SOBRE ORUGASEQUIPOS SOBRE ORUGAS
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PERFORACION EN AGUA PERFORACION EN AGUA PARA PUENTESPARA PUENTES
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AUGERS (AUGERS (HelicoidalesHelicoidales) CONTINUOS) CONTINUOS
•• Se van Se van agregandoagregando en en
tramostramos de 1.5 metrosde 1.5 metros
•• Se Se limitanlimitan a a suelossuelos quequeno se no se colapsencolapsen y a y a profundidadesprofundidadesinferioresinferiores a 6 metrosa 6 metros
•• RequierenRequieren manomano de de obraobra muymuy intensaintensaporqueporque el el suelosuelo se se adhiereadhiere a a losloselementoselementos
•• Los Los didiáámetrosmetros varvarííanan de 4 a 8 de 4 a 8 pulgadaspulgadas
•• La La puntapunta tienetiene unauna cuchillacuchilla paraparacortarcortar el el suelosuelo
•• Se le Se le puedepuede colocarcolocar unauna puntapuntaparapara queque sueltesuelte el el suelosuelo
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AUGERS HUECOSAUGERS HUECOS
•• Son Son barrenosbarrenos continuoscontinuos loslos cualescualesse se unenunen en en tramostramos de 1.5 metros.de 1.5 metros.
•• El El huecohueco cilcilííndricondrico dentrodentro del auger del auger permitepermite el el muestreomuestreo de de suelosuelo sin sin retirarretirar el auger.el auger.
•• El Auger El Auger actactúúaa comocomo revestimientorevestimientoparapara permitirpermitir el el muestreomuestreo
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Augers Augers huecoshuecos (HSA)(HSA)
•• DuranteDurante la la perforaciperforacióónn se se penetrapenetra un un muestreadormuestreadorinternointerno
•• El El didiáámetrometro externoexterno varvarííaa de 6 de 6
a 8 a 8 pulgadaspulgadas..
Augers Augers huecoshuecos dedevariosvarios didiáámetrosmetros
•• GeneralmenteGeneralmente se se limitanlimitana a profundidadesprofundidades hastahasta de de 30 metros30 metros
•• No No debendeben usarseusarse en en limos y arenas limos y arenas sueltassueltasporpor debajodebajo del del nivelnivelfrefreááticotico
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PerforacionesPerforaciones rotatoriasrotatorias porpor lavadolavado•• Las Las perforacionesperforaciones rotatoriasrotatorias con con
lavadolavado son son mejoresmejores parapara sondeossondeosporpor debajodebajo del del nivelnivel de de aguaagua..
•• PuedenPueden alcanzaralcanzar profundidadesprofundidadessuperioressuperiores a 100 metros a 100 metros
•• PuntasPuntas ::–– De De cortecorte parapara arcillasarcillas–– RotatoriasRotatorias parapara arenasarenas–– Punta de Punta de dimantedimante parapara rocasrocas
Para arcillasPara arcillas
Para arenasPara arenasPara rocasPara rocas
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PerforacionesPerforacionesRotatoriasRotatoriasCon Con lavadolavado
(Hvorslev 1948)
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PerforacionesPerforaciones rotatoriasrotatorias con con lavadolavado
•• En En loslos sondeossondeos rotatoriosrotatorios la la perforaciperforacióónn se se estabilizaestabiliza utilizandoutilizandoun un revestimientorevestimiento metmetáálicolico o un o un lodolodoo o flufluíídodo viscosoviscoso..
•• Los Los flufluíídosdos incluyenincluyen aguaagua, , bentonitabentonita, slurry de , slurry de polpolíímerosmeros o o espumasespumas especialesespeciales. Los . Los flufluíídosdosson son recirculadosrecirculados utilizandoutilizando unaunapiscinapiscina en la en la superficiesuperficie..
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PerforacionesPerforaciones con un auger con un con un auger con un baldebalde
•• Se Se utilizanutilizan parapara obtenerobtenermuestrasmuestras inalteradasinalteradas de de grangrantamatamaññoo
•• Los Los didiáámetrosmetros varvarííanandeDiametersdeDiameters range 0.6 m range 0.6 m (2 ft) a 1.2 m (4 ft).(2 ft) a 1.2 m (4 ft).
•• Se Se excavavaexcavava en en interavalosinteravalos de de 0.3 m a 0.6 m (1 a 2 feet).0.3 m a 0.6 m (1 a 2 feet).
•• Buenos Buenos parapara obtenerobtenermuestrasmuestras de de gravasgravas y y suelossuelosgruesosgruesos bucket auger boring
(ASTM D 4700)
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SondeoSondeo utilizandoutilizando retroexcavadoraretroexcavadora
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MMéétodostodos de de muestreomuestreo
•• MuestrasMuestras-- De augers a De augers a apiquesapiques–– De De tubostubos partidospartidos o o muestreadoresmuestreadores de pared de pared gruesagruesa
•• MuestrasMuestras parcialmenteparcialmente alteradasalteradas–– EmpujeEmpuje hidrhidrááulicoulico continuocontinuo
•• MuestrasMuestras inalteradasinalteradas–– TubosTubos de pared de pared delgadadelgada (Shelby, Piston, Laval, (Shelby, Piston, Laval, SherbrookSherbrook))–– TubosTubos de de rotacirotacióónn y y empujeempuje (Denison, Pitcher)(Denison, Pitcher)–– MuestrasMuestras de de bloquebloque
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MuestreoMuestreo parapara obtenerobtener la la estratificaciestratificacióónnELA
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MuestreoMuestreo parapara obtenerobtener la la estratificaciestratificacióónn
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MuestreoMuestreo parapara obtenerobtener la la estratificaciestratificacióónn
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UsoUso de de laslas muestrasmuestras alteradasalteradas
–– Para Para ensayosensayos de de compactacicompactacióónn
–– ClasificaciClasificacióónn humedadhumedad y y otrosotros mensayosmensayos con con muestrasmuestras compactadascompactadas
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MuestrasMuestras
Son algo alteradas Son algo alteradas pero muy buenaspero muy buenas
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MuestreadorMuestreador de de tubotubo partidopartido
•• Es el Es el muestreadormuestreador mmááss utilizadoutilizado en Colombiaen Colombia
•• ASTM D 1586: Las ASTM D 1586: Las muestrasmuestras se se obtienobtien conjuntamenteconjuntamentecon el con el ensayoensayo de de penetracipenetracióónn estandarestandar (SPT) (SPT)
•• 5050--mm mm DiDiáámetrometro externoexterno y 38 mm y 38 mm DiDiáámetrometro internointerno(2.0(2.0--inch O.D. and 1.375inch O.D. and 1.375--inch I.D.)inch I.D.)
•• Longitudes: 457 mm (18 in.) a 610 mm (24 inches)Longitudes: 457 mm (18 in.) a 610 mm (24 inches)
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MuestreadorMuestreador de de tubotubo partidopartidoELA
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MuestreadorMuestreador de de tubotubo partidopartidoELA
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MuestrasMuestras inalteradasinalteradas
•• TuboTubo de pared de pared delgadadelgada --Shelby Shelby
•• MuestreadoresMuestreadores de de pistpistóónn•• MuestreadoresMuestreadores Laval y Laval y
SherbrookeSherbrooke•• BloquesBloques a a manomano•• MuestreadoresMuestreadores de de bloquebloque a a
presipresióónn (NGI )(NGI )•• Pitcher (Pitcher (RotaciRotacióónn y y empujeempuje))•• Denison (Denison (RotaciRotacióónn y y empujeempuje))
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TOMA DE MUESTRAS CON TUBO DE PARED DELGADA (SHELBY)
TOMA DE MUESTRAS CON TUBO DE PARED TOMA DE MUESTRAS CON TUBO DE PARED DELGADA (SHELBY)DELGADA (SHELBY)
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MuestrasMuestras inalteradasinalteradas
•• El El mmááss comcomúúnn eses el el tubotubo de pared de pared delgadadelgada -- ShelbyShelby
•• ASTM D 1587 ASTM D 1587
•• 7676--mm D.I. con 73mm D.I. con 73--mm D.E. (3.0" w 2.8")mm D.E. (3.0" w 2.8")
•• UtilizadoUtilizado en limos, en limos, arcillasarcillas y limos o arenas y limos o arenas arcillosasarcillosas
•• LongitudLongitud aproximadaaproximada 760 mm (30 760 mm (30 pulgadaspulgadas))
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TuboTubo de pared de pared delgadadelgadaELA
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AlteraciAlteracióónn de la de la muestramuestra
EstudiosEstudios dedefotoelasticidadfotoelasticidad
RadiografRadiografííaa ((RayosRayos X )X )
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MuestreadoresMuestreadores especialesespeciales•• MuestreadorMuestreador SherbrookeSherbrooke
•• Soft Sensitive ClaysSoft Sensitive Clays
•• Prof. Alan Prof. Alan LuteneggerLutenegger
ExtracciExtraccióónn en el campoen el campoSelladoSellado y y enceradoenceradode de loslos tubostubos
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CORTADO DE MUESTRAS CORTADO DE MUESTRAS
INALTERADASINALTERADAS
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MuestreoMuestreo especialespecial
•• En arenas En arenas limpiaslimpias–– CongelaciCongelacióónn con con nitrnitróógenogeno llííquidoquido–– InyecciInyeccióónn de de resinasresinas parapara mantenermantener la la ffáábricabrica y la y la
estructuraestructura
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MuestreoMuestreo con con pistpistóónn
Se Se utilizautiliza un un pistpistóónn de pared de pared delgadadelgadaSe Se conoceconoce comocomo mméétodotodo OsterbergOsterberg o o
tipotipo HvorslevHvorslevÚÚtiltil en en suelossuelos muymuy blandosblandosLa La cabezacabeza del del pistpistóónn se se mantienemantiene fijafija
con con respectorespecto a la a la superficiesuperficie a a mrdidamrdidaqueque el el tubotubo eses empujadoempujadohidrhidrááulicamenteulicamente. .
Se Se aplicaaplica vacvacííoo parapara ayudarayudar a a aumentaraumentar y y mantenermantener el el recobrorecobro de de muestramuestra. .
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MMéétodostodos Pitcher y DenisonPitcher y Denison
El Pitcher El Pitcher eses un un tubotubo con un con un barrilbarrilrotatoriorotatorio alrededoralrededor
UtilizadoUtilizado parapara obtenerobtener muestrasmuestras de de arcillasarcillas durasduras y y rocasrocas blandasblandas..
El El tubotubo internointerno eses accionadoaccionado porpor un un resorteresorte, , mientrasmientras el el otrootro cortacorta la la muestramuestra. .
El El tubotubo Denison Denison eses similar similar peropero el el tubotubo muestreadormuestreador se se ajustaajustamanualmentemanualmente..
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MuestreadorMuestreador PitcherPitcherELA
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MuestreoMuestreo semilateradosemilaterado
MuestrasMuestras continuascontinuas a a presipresióónnDiametrosDiametros 0.6 a 1.5 0.6 a 1.5 pulgadaspulgadasTubosTubos plpláásticossticos parapara retenerretener laslas
muestrasmuestrasSiSi apareceaparece unauna zonazona duradura se se utilizautiliza
un un martillomartillo percutorpercutor
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MuestreadoresMuestreadores de de empujeempuje continuocontinuo
GeoprobeGeoprobe Systems, Salina KSSystems, Salina KSPowerprobePowerprobe (AMS), Boise ID (AMS), Boise ID
CadaCada cuantocuanto tomartomar muestrasmuestras ??
•• TuboTubo partidopartido generalmentegeneralmente cadacada 1.5 metros con 1.5 metros con excepciexcepcióónn de de loslos primerosprimeros 3 metros 3 metros dondedonde se se tomantoman cadacada 50 o 75 cmts.50 o 75 cmts.
•• Pared Pared delgadadelgada (Shelby) a (Shelby) a criteriocriterio del del ingenieroingeniero..
•• MuestreadoresMuestreadores continuoscontinuos, en forma continua., en forma continua.
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CuidadoCuidado y y preservacipreservacióónn de de laslas muestrasmuestras
•• Las Las muestrasmuestras debendeben marcarsemarcarse y y guardarseguardarse inmediatamenteinmediatamentedespudespuééss de de recobradasrecobradas. .
•• Los Los frascosfrascos debendeben guardarseguardarseen en cajascajas de de maderamadera o de o de cartcartóónn..
•• DebenDeben protegerseprotegerse del del calocalo, del , del sol y del sol y del vientoviento
•• DebenDeben sellarsesellarse parapara queque no no pierdanpierdan humedadhumedad
•• DebenDeben empacarseempacarse parapara evitarevitardadaññosos porpor vibracivibracióónn..
GuardadoGuardado y y transportetransporte de de laslas muestrasmuestrasELA
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ExploraciExploracióónn en en rocaroca
•• RechazoRechazo
–– RechazoRechazo del Augerdel Auger
–– RechazoRechazo SPT (> 50 SPT (> 50 golpesgolpes porporunauna pulgadapulgada de de penetracipenetracióónn))
•• NNúúcleoscleos de de rocaroca (ASTM D 2113)(ASTM D 2113)
•• PerforaciPerforacióónn sin sin tomatoma de de nnúúcleoscleos
•• MMéétodostodos de de percusipercusióónn
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PerforaciPerforacióónn de de rocarocaELA
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BrocasBrocas sin sin tomatoma de de nnúúcleoscleos
TiposTipos de de brocabroca TriconosTriconos
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MaterialesMateriales
•• Las Las brocasbrocas de diamante son de diamante son laslas mejoresmejores, , masmas durasduras, , mmáássrráápidaspidas, y , y mejormejor calidadcalidad de de laslas muestrasmuestras. Son . Son costosascostosas. .
•• Las Las brocasbrocas sintsintééticasticas son son menosmenos costosascostosas. .
•• Las Las brocasbrocas de de tungtenotungteno son son menosmenos costosascostosas peropero son son lentaslentas. .
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BrocasBrocas de diamantede diamante
www.ackerdrill.comwww.ackerdrill.com
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2 1/82 1/8””2 15/162 15/16””NXNX
1 5/81 5/8””2 5/62 5/6””BXBX
1 1/81 1/8””1 7/81 7/8””AXAX
7/87/8””1 7/161 7/16““EXEX
DIAMETRO DIAMETRO NUCLEONUCLEO
DIAMETRO DIAMETRO EXTERIOREXTERIOR
TomaToma--nnúúcleoscleos
Vista exterior Vista Vista exterior Vista internainterna
De De dobledoble tubotubo ((TipoSwivelTipoSwivel ))
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RevestimientoRevestimiento
•• RevestimientoRevestimiento temporal temporal paraparaestabilizarestabilizar la la perforaciperforacióónn y y permitirpermitirel el muestreomuestreo
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RecobroRecobro de de nnúúcleoscleos
•• RECOBRO RECOBRO eses el el porcentajeporcentaje de de nnúúcleocleo recuperadorecuperado
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Rock Quality Designation (RQD)Rock Quality Designation (RQD)
•• MideMide la la fracturacifracturacióónn y y meteorizacimeteorizacióónn de la de la rocaroca
•• RQD = RQD = sumasuma de de loslos pedazospedazos > 100 mm (4 > 100 mm (4 pulgadaspulgadas) ) divididodividido porpor el total del el total del tramotramo de de perforaciperforacióónn
•• GeneralmenteGeneralmente se se obtieneobtiene en en muestrasmuestras NXNX
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OrganizaciOrganizacióónn y y almacenamientoalmacenamientoELA
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AlmacenamientoAlmacenamiento en el en el campamentocampamento y en el y en el laboratoriolaboratorio
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- PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)
- CONO (CPT)
- PRESUROMETRO
- VELETA
- CORTE EN SONDEO
- PLACA
- CORTE DIRECTO DE CAMPO
- PERMEABILIDAD
- PENETROMETRO DE BOLSILLO
- TORVANE (MINI-VELETA)
-- PENETRACIPENETRACIÓÓN ESTN ESTÁÁNDAR (SPT)NDAR (SPT)
-- CONO (CPT)CONO (CPT)
-- PRESUROMETROPRESUROMETRO
-- VELETAVELETA
-- CORTE EN SONDEOCORTE EN SONDEO
-- PLACAPLACA
-- CORTE DIRECTO DE CAMPOCORTE DIRECTO DE CAMPO
-- PERMEABILIDADPERMEABILIDAD
-- PENETROMETRO DE BOLSILLOPENETROMETRO DE BOLSILLO
-- TORVANE (MINITORVANE (MINI--VELETA)VELETA)
ENSAYOS DE CAMPOENSAYOS DE CAMPOENSAYOS DE CAMPOELA
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Ensayo de PenetraciEnsayo de Penetracióón Estn Estáándarndar
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SUELOS GRUESOSSUELOS GRUESOSSUELOS GRUESOS
Muy densoMuy denso85 a 10085 a 10042 a 5842 a 58DensoDenso65 a 8565 a 8525 a 4225 a 42MedioMedio35 a 6535 a 658 a 258 a 25SueltoSuelto15 a 3515 a 353 a 83 a 8
Muy sueltoMuy suelto0 a 150 a 150 a 30 a 3
Estado del sueloEstado del sueloDensidad relativa Densidad relativa %%
Numero de Numero de penetracipenetracióón n estestáándar Nndar N
PENETRACION ESTANDARPENETRACION ESTANDAR
SUELOS FINOSSUELOS FINOSSUELOS FINOS
> 400> 400DuraDura> 30> 30200 a 400200 a 400Muy firmeMuy firme20 a 3020 a 30100 a 200100 a 200FirmeFirme10 a 2010 a 2050 a 10050 a 100Medio firmeMedio firme5 a 105 a 1025 a 5025 a 50BlandaBlanda2 a 5 2 a 5 0 a 250 a 25Muy blandaMuy blanda0 a 20 a 2
Resistencia a Resistencia a compresicompresióón n kPakPa
ConsistenciaConsistenciaNumero de Numero de penetracipenetracióón n estestáándar Nndar N
PENETRACION ESTANDARPENETRACION ESTANDAR
PENETRACION DE CONOPENETRACION DE CONOPENETRACION DE CONOELA
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PRUEBA DE PRESUROMETROPRUEBA DE PRESUROMETROPRUEBA DE PRESUROMETROELA
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PRUEBA DE DILATOMETROPRUEBA DE DILATOMETROPRUEBA DE DILATOMETROELA
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ENSAYOS DE IMPACTOENSAYOS DE IMPACTOENSAYOS DE IMPACTO
etc. etc.etc. etc.
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- RESISTIVIDAD
- SISMICA
- GEOACUSTICA (RUIDO NO AUDIBLE)
- GRAVEDAD
- PENETRACIÓN DE RADAR
- RAYOS GAMMA
-- RESISTIVIDADRESISTIVIDAD
-- SISMICASISMICA
-- GEOACUSTICA (RUIDO NO AUDIBLE)GEOACUSTICA (RUIDO NO AUDIBLE)
-- GRAVEDADGRAVEDAD
-- PENETRACIPENETRACIÓÓN DE RADARN DE RADAR
-- RAYOS GAMMARAYOS GAMMA
ENSAYOS GEOFISICOSENSAYOS GEOFISICOSENSAYOS GEOFISICOSELA
BO
RELA
BO
RÓÓ
: JAIM
E SUA
REZ D
IAZ
: JAIM
E SUA
REZ D
IAZ
ENSAYO DE REFRACCION
SISMICA
ENSAYO DE ENSAYO DE REFRACCION REFRACCION
SISMICASISMICA
ELAB
OR
ELAB
OR
ÓÓ: JA
IME SU
AR
EZ DIA
Z: JA
IME SU
AR
EZ DIA
Z
VELOCIDAD DE ONDA PVELOCIDAD DE ONDA PVELOCIDAD DE ONDA P
4.000 – 6.000GRANITO1.500 – 5.000ARENISCA1.000 – 2.500ARCILLAS DURAS200 – 1.000ARENAS Y LIMOSν - M/SEGSUELO ELA
BO
RELA
BO
RÓÓ
: JAIM
E SUA
REZ D
IAZ
: JAIM
E SUA
REZ D
IAZ
SONDEO SISMICO CROSS-HOLESONDEO SISMICO CROSSSONDEO SISMICO CROSS--HOLEHOLEELA
BO
RELA
BO
RÓÓ
: JAIM
E SUA
REZ D
IAZ
: JAIM
E SUA
REZ D
IAZ
SONDEO DE RESISTIVIDADSONDEO DE RESISTIVIDADSONDEO DE RESISTIVIDADELA
BO
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BO
RÓÓ
: JAIM
E SUA
REZ D
IAZ
: JAIM
E SUA
REZ D
IAZ
FS FS
EN LAEN LA
MODELAMIENTO HIDROGEOLOGICO BASICO DE BUCARAMANGACURVA DEL SONDEO ELÉCTRICO VERTICAL SEVE-1
PARTE ALTA DE BELLAVISTAFIGURA No.3
10
100
1.000
10.000
1 10 100 1.000 10.000
Profundidad (m)
Res
istiv
idad
(Ohm
-m) ELA
BO
RELA
BO
RÓÓ
: JAIM
E SUA
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IAZ
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FS FS
EN LAEN LA
TOMOGRAFTOMOGRAFÍÍA GEOA GEO--ELECTRICAELECTRICAELA
BO
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BO
RÓÓ
: JAIM
E SUA
REZ D
IAZ
: JAIM
E SUA
REZ D
IAZ