Geotecnia I - Fac. de Ing. U.N.L.P.
Ing. Augusto José Leoni 1
Profesor: Ing. Augusto J. Leoni
GEOTECNIA I“Investigaciones Geotécnicas”
Ejecución de calicatas: Excavación a cielo abierto de aproximadamente 2 m2 de sección enplanta
Perfil resultante
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Calicata N° Apertura de calicata, perfilaje y extracción de dama (muestra indisturbada)
Dama
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Esquema de montaje de un ensayo vertical de plato de carga, dentro de una calicata
1: Perfil doble T anclado en el tereno
2: Gato hidráulico
3: Aro dinamométrico 4: Comparadores centecimales
5: Plato de carga
6: Puntal telescópico
1
6
4
3
2
5 B
GRAFICO DE RESULTADOS
d =0,127 cm = 0,05” d (cm)
Curva tensión - deformación
cmk
127.01
1
σ=
σ kg/cm2
σ1
k1
(kg/cm3)
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Tensión = 10% . q
2.B1
2. B
B1 B
Esquema de ejecución de una perforación manual con recirculación de lodos para un estudio de suelos.
bomba
Cabeza de inyección
Cañería de perforación
Mecha de perforación cola de pescado
Chupón de la bomba
PERFORACIONES PARA ESTUDIOS DE SUELOS
Aspiración
Impulsión
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HERRAMIENTAS DE PERFORACION MANUAL
Barreno de mano Mecha “cola de pescado”
POZO DE DECANTACIONCIRCUITO DEL AGUA DE LAVADO
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Sacamuestras de Terzaghi
0,45 m
ENSAYO DE CAMPO
Ensayo normal de penetración:
Es el número de golpes necesario para que el sacamuestras normalizado de Terzaghi penetre en el terreno virgen 30 cm cuando a la cañería se la golpea con un martillo de 140 lb (63,5 kg) que se deja hacer desde una altura de 30 pulgadas (76,2 cm)
MUESTREADOR TERZAGHINorma ASTM 1586
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45 cm
15 cm
15 cm
15 cmEnsayo normal de penetración ENP o SPT
Sacamuestras de Terzaghi
Perforación
Taco de madera de referencia
15 cm
15 cm
15 cmAntes de la hinca
Durante la hinca de los 45 cm, contamos los golpes necesarios hincar cada uno de los 3 intervalos de 15 cm c/u
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63,5 KG
76,2 cm
Esquema de golpeo para los ensayos “SPT” utilizado en Argentina
Disparador
Pisón
Guía del disparador
Muesca que indica la altura de caída
Cabeza de golpeo
Aparejo para levantar
Acción del operador cuando ve aparecer la muesca que marca la altura de caída de 76,2 cm
PROCESO DE HINCA
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RECUPERACION DE MUESTRAS
Flejes para retención de muestras arenosas ó fluidas
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Compacidad relativa
ENCUADRE DE LOS SUELOS FINOS EN FUNCIÓN DE LOS RESULTADOS DEL “SPT”
> 4,00
2,00 a 4,00
1,00 a 2,00
0,50 a 1,00
0,25 a 0,50
< 0,25
Compresión Simple (kg/cm²)
15 a 30Muy Compacta
8 a 15Compacta
> 30Dura
4 a 8Median. Compacta
2 y 4Blanda
< 2Muy Blanda
Valores del SPT
Arcillas
Relaciones aproximadasy orientativas para los suelo de la región
Donde X toma valores entre 15 a 20 y cu se expresa en kg/cm²
X
Ncu =
Nou .66,02 +=φ
400
Es (kg/cm²) 500
Ks1 (kg/cm³)
80300
200
150
100
90 70 60 50 40 30 20 15 10 32
0.3
0.25
0.2
0.8
0.6
0.5
0.4
0.7
9
6
Ks1=1
48 7 6 5
E=1
3 2
N=1
qu=
1
0.9
2
5
4
3
qu (kg/cm²)
1098
7
3025201510987654
N ( SPT )
qu
Ks1
Es
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Sondeo 1 Ubicación: Calle 57 entre 6 y 7 - La Plata. Napa: -
Nro Prof. Descripción del Suelo E.N.P.Clasif. Wn, Wl, Wp, Ip, Granulometría Fricc. Cohes. γ d
[ ° ] [Kg/cm²] [g/cm³]10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40
Humedad Natural Límite Plástico Límite Líquido Indice Plasticidad E.N.P.
Pasa tamiz 4 Pasa tamiz 10 Pasa tamiz 40 Pasa tamiz 100 Pasa tamiz 200
1 0,72 ML
2 1,22 ML
3 2,22 ML
4 3,22 ML
5 4,22 ML 9 0,48 1,47
6 5,22 ML
7 6,22 ML
8 7,22 ML 17 1,20 1,50
9 8,22 ML
10 9,22 ML
11 10,22 ML
Limo arcilloso castaño
con escombro
Limoso castaño con nódulos
Limo arcilloso
castaño
Limoso castaño
con nódulos compactos y tosquillas
>50
Representación de los resultados de un estudio de suelos
Densidad in situ en suelos granulares
Anillo de “Oroville”En la mecánica de suelos, las propiedades mecánicas de los suelos granulares se refieren siempre a su densidad.
Este valor luego es relacionado con la densidad máxima y mínima del mismo suelo para obtener el valor de la Densidad Relativa Dr (%)
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Densidad in situ en suelos granulares
Volumen Vi
Volumen Vf
Volumen = Vf - Vi
V
Wsd =γ
)1( nw
WhWs
+=
Wh
wn
Manta de latex
Densidad mínima en suelos granularesLa densidad mínima que puede tener un suelo granular se refiere al estado más suelto que ese suelo puede adoptar, se determina en el laboratorio mediante un ensayo.
El mismo consiste en volcar al suelo en estado seco, en un recipiente de volumen conocido a través de un embudo, desde una altura constante y luego de llenarlo calcular la densidad haciendo
V
Wsmínd =)(γ
Se vuelca la arena Se llena el recipiente
Se enrasa y se pesa el
material
Ws
V
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Densidad máxima en suelos granularesLa densidad máxima que puede tener un suelo granular se refiere al estado denso que ese suelo puede adoptar, se determina en el laboratorio mediante un ensayo, donde se trata por todos los medios de colocar en un recipiente de volumen conocido, la mayor cantidad de suelo.
Para ello se coloca el recipiente sobre una mesa vibrante, y se le adiciona suelo y agua en su interior al mismo tiempo que con una varilla metálica se lo acomoda para permitir una mayor densificación de su masa.
Una ves que el recipiente se llena, se le colocan pesas para transmitirle una tensión establecida por norma y se lo deja en la mesa vibrante hasta que no ingrese más suelo en el recipiente. Posteriormente se retira todo el suelo y se lo seca a estufa para luego calcular la densidad máxima
V
Wsmáxd =)(γ
Se vuelca el suelo granular con agua sobre la mesa vibrante
Se llena el recipiente con suelo y agua sobre la mesa vibrante mientras se lo varilla
Se le colocan pesas para lograr una mayor densificación, luego se enrasa y se pesa el material
Ws
V
100.(%)
−−=
d
máx
mínmáx
míndDrγγ
γγγγ
CALCULO DE LA DENSIDAD Y DE LA DENSIDAD RELATIVA
100).(%mínmàx
mìn
ee
eeDr
−
−=
γd = Densidad natural
e = Relación de vacíos natural
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Consideraciones especiales a tener en cuenta al momento de valorar los resultados del SPT
Suelos Arcillosos Suelos granulares
E
z
E = Cte
E
z
E = f(z)
La rigidez del suelo se mantiene constante con la profundidad o lo que es lo mismo con los niveles de tensiones que le induce la tapada
La rigidez de un suelo granular aumenta con la profundidad o lo que es lo mismo con los niveles de tensiones que le induce la tapada
Consideraciones especiales a tener en cuenta al momento de valorar los resultados del SPT en suelos granulares
Suelos granulares
E
z
E = f(z)
La rigidez de un suelo granular aumenta con la profundidad o lo que es lo mismo con los niveles de tensiones que le induce la tapada
Los valores del SPT en suelos granulares dependen por lo tanto de la presión de la tapada existente al nivel donde se realiza el ensayo.
Ello implica que para poder relacionar valores del SPT a distintos niveles tendremos que corregir los resultados teniendo en cuenta la presión vertical existente en cada nivel.
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Corrección de los valores del SPT teniendo en cuenta la presión de la tapada en suelos granulares.
El factor de corrección tiene en cuenta la presión de la tapada al nivel donde se ejecuta el ensayo e intenta corregirlo con un valor que se obtendría con un nivel que tenga una tapada que genere una presión vertical efectiva de 1 kg/cm2 Skempton
Schmertmann
Meyerhof-Ishihara
Liao-Whitman
oNC
´.3,202,10
5,32
σ+=
oNC
´1
2
σ+=
´7,0
7,1
o
NCσ+
=
,
1
oNCσ
=
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
Fac
tor
de C
orre
cció
n "N
c"
0.1 1 10 100 Presión de la tapada (kg/cm²)
(8) (9) (10) (11)
(8)
(9)
(10)
(11)
Supongamos que tenemos un manto de arena de 25 m de espesor con una densidad de 2 tn/m3
que al nivel de -1,25 m tiene un valor de SPT = 5 podemos hacer:
,
1
oNCσ
=σo’= 2 tn/m3. 1,25 m = 2,50 tn/m2 = 0,25 kg/cm2 CN = 2
Nc = 2 . 5 = 10
Si hacemos otro ensayo al nivel de los -20 m y obtenemos un valor de SPT = 20 al corregirlo observamos lo siguiente:
,
1
oNCσ
=σo’= 2 tn/m3. 20 m = 40 tn/m2 = 4 kg/cm2 CN = 0,5
Nc = 0,5 . 20 = 10
Nc = CN . SPT
Esto quiere decir que la arena que se ubica al metro de profundidad, con un SPT = 5 tiene la misma densidad relativa que la arena ubicada a -20 m que da un SPT = 20, las dos tienen una densidad relativa correspondiente a la de las arenas “MEDIANAMENTE DENSAS”
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ENERGIA SUMINISTRADA EN EL ENSAYO SPT
)1
(1
1 EfN =
2211 ENEN ×=×1
221 E
ENN
×=
Con disparador Con reenvío Con malacate
ENSAYO SPT EN SUELOS GRANULARES
Ncorr. = N x CN x CE x CR
N = Valor obtenido en el Ensayo Normal de Penetración (SPT) en el ensayo
CN = Factor de corrección por la presión de la tapada o por la profundidad del ensayo
CE = Factor de corrección por la energía entregada por el martillo (0,45 ≤ η1 ≤ 1)
CR= Factor de corrección por el diámetro de la perforación (>1 φ = 5” ; = 1 φ = 3”)
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ENSAYO SPT Y DENSIDAD RELATIVA(suelos granulares)
Descripción Muy
Suelta Suelta Med. densa Densa Muy
Densa
Dr (%) 0 a 15 15 a 30 30 a 60 60 a 80 80 a 100
Arena fina 1 – 2 3 – 6 7 – 15 16 – 30 > 30
Arena media 2 – 3 4 – 7 8 – 20 21 – 40 > 40 Valores de “Nc”
Arena gruesa 3 – 6 5 - 9 10 - 25 26 - 45 > 45
ENSAYO SPT Y DENSIDAD RELATIVA
N
NDr
.716,023
.100%)(
+= 2.50.531600.22276,07,11(%) CuNDr ov −−++= σ
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Den
sida
d re
lativ
a (%
)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 Ensayo SPT
Fórmula N° 1 Fórmula N° 2
Densidad relativa - SPT
Donde en la fórmula (2) el valor de “σov” se expresa en Libras sobre pulgadas cuadradas (lb/in2) y “Cu”representa el valor del Coeficiente de Uniformidad del suelo granular
Cu = D60/D10.
(1) (2)
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ENSAYO DE SPT Y ANGULO DE FRICCION INTERNA
(Japan Road Boreau)
(Japan National Railway)
(Peck Hanson Thornburn)
(Schmertmann)
(Muromachi 1974)
(Hatanaka – Uchida)
(Kishida)
(Peck)
).45,0(20´ Nc+°=φ
).40,0(5,28´ Nc+°=φ
Nc.1815´ +°=φ
Nc.4,1520´ +°=φ
Nc.5,320´´ +°=φ
=34,0
27tan´
NcArcφ
−×= − )39
(
225,26´Nc
eφ
).30,0(27´ Nc+°=φ
Nc.15(15´ +°=φ
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Ang
ulo
(°)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 Ensayo SPT corregido "Nc"
ENSAYO DE SPT Y ANGULO DE FRICCION INTERNA EN SUELOS GRANULARES
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ENSAYO SPT Y MODULO DE DEFORMACION
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Mód
ulo
de D
efor
mac
ión
Es
(kg/
cm²)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 Número de golpes "SPT"
Arenas gruesas Arenas finas
Es = 7,7 .N70 + 190)
Es = 80 .
Arenas gruesas
Es = 6,5 . (N70 + 12)
Es = 7,8 .N70
Arenas finas limpias
Es = 5,3 .N70 + 76
Es = 4,9 .N70 + 73
Arenas finas con limos
70N
Scheiding – 1931
PaPa
PcCEi n .).(=
Donde: “C” y “n” son valores que dependen de la densidad relativa de la arena “Dr”
Arenas densasPara σo’ = 1 kg/cm²
C = 2.100 kg/cm²
n = 0,33
Arenas sueltasPara σo’ = 1 kg/cm²
C = 100 kg/cm²
n = 1
Donde σo’ representa la presión de octaédrica = z . γ´.(1+ 2.ko)/3
)(.4,01,1 NcLogn −=
80.015,05,0
2
+
+=
N
NcC
Módulo de Young inicial en suelos granulares
Para cualquier otro valor de σo’ en función del SPT corregido
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100
1 000
10 000 M
ódul
o ta
ngen
te in
icia
l
1 10 100
Presión (kg/cm2)
Arena densa Arena suelta
Relación entre el Modulo tangenteinicial y la presión ejercida
Scheiding – 1931
Módulo de deformación tangente inicial en arcillas en función de qu
(qu = resistencia a la compresión simple)
Arcillas sobre consolidadasEi = (750 a 1.000) x qu
Arcillas normalmente consolidadas o ligeramente sobre consolidadas, insensitiva
Ei = (350 a 600) x qu
Arcillas normalmente consolidadas, sensitivasEi = (100 a 250) x qu
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ENSAYO DE SPT Y MODULO DE BALASTO VERTICAL Para Suelos Granulares
25.0.)04,0.( 3,41 NcNckv +=
12,0.)04,0.( 7,31 NcNckv +=
0
5
10
15
20
25
30
35
Coe
ficie
nte
Kv1
(kg
/cm
3)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Ensayo de penetración Nc (SPT)
Arenas secas o húmedas Arenas saturadas
Arenas secas o húmedas
Arenas sumergidas
DENSIDAD RELATIVA Y ANGULO DE FRICCION
(Meyerhof 1956) (Arenas con < 5% de
suelos finos)
(Meyerhof 1956) (Arenas con > 5% de
suelos finos)
(Giuliani Nicoll)
12,2
20
%21´
+°= Drφ
+=866,0
100
(%).361.0575,0tan´
DrArcφ
(%).15.025´ Dr+°=φ
(%).15.030´ Dr+°=φ
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DENSIDAD RELATIVA Y ANGULO DE FRICCION
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 A
ngul
o de
fric
ción
(°)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Densidad relativa (%)
Sacamuestras de Zapatas Intercambiables de Moreto (Raymond)
Ar % = (De² – Di²) / Di²
Raymond Ar = 58 %Terzaghi Ar = 93 % Shelby (3”) Ar = 10 %
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OBTENCION DE MUESTRAS INDISTURBADAS DE PERFORACIONE SSacamuestras Shelby
Presión estática, sin golpes, en forma manual o con gatos hidráulicos
Suelos arcillosos blandos a
medianamente compactos
0 < N < 6
SACAMUESTRAS ROTATIVOS
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Corona de corte rotativa y Zapata de corte
SACAMUESTRAS DENISON Y MUESTRA
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Muestras Denison de suelos arcillosos de 4” de diámetro
Muestra Denison de suelo limoso con arena
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Muestra de suelo preconsolidado y fisurado de la Fm. Pampeano
MUESTRA ORIGINAL COLOCADA EN EL TALLADOR PARA PREPARAR UNA PROBETA
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PROCESO DE TALLADO DE LA MUESTRA
PROBETA TERMINADA
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ENSAYO DE LA VELETA DE CORTE O DE “VANE TEST”
CONEXIÓN DE LA VELETA CON LA
CAJA DE REGISTRO
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CAJA DE REGISTRO
Velocidad de giro de la manivela a 1rev/seg que asegura un giro de la veleta de 6°/min
VELETA DE CORTE “VANE TEST”
×+××=
dH
d
TCu máx
167,02
2π
3273,0
d
TCu máx×=
Como en el caso que estamos mencionando se utilizaron veletas de corte donde H/d = 2
D
H
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1
10
100
1 000
Pc
(tn/
m²)
0 1 10 100 1 000 Cu medida (tn/m²)
83,0).(77,4´ medidoucp =
Donde los valores de pc´ y cu
se expresan en tn/m2
Skempton (1957)
Ipp
cu .0037,011,0´
+=
RESULTADOS DE MAYNE Y MITCHELL:Para arcillas normalmente consolidadas
p’ (
tn/m
2 )
-20
-15
-10
-5
0
Pro
fund
idad
(m
)
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70Cohesión (kg/cm²)
04,0.018,0 += zCu
MEDICIONES DE CAMPO: Traza del Emisario de As. As en el Río de La Plata
Arcillas de origen marino, en el lecho del Río de La Plata
(Cu en kg/cm2)
z en metros
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Determinaciones con el ensayo del Piezocono
Parámetros determinados con el Piezocono
Punta
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Determinación de la velocidad de la onda corte en suelosCrosshole
∆ x
∆ t
osciloscopio
Bomba
receptorGeofono
inflablePacker
Sondeo receptor
Sondeo emisor
Packerinflable
Martillode profundidad
Profundidadde ensayo
tren de ondas
V = ∆ X ∆ t
s
Determinación de la velocidad de la onda corte en suelosDownhole
Z1
Z2
∆ x
∆ t
osciloscopio
Plancha horizontalcon una carga dinámicavertical
Manto aEnsayar
Packerinflable
Geofonosreceptores
Sondeo único
( Z1)
( Z2 )
Bomba
R = Z + X
R = Z + X
1
2 2
2 2
1
2 2
V = ∆ R ∆ t
s
∆ R = R - R1 2
Tren
de on
da
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Ensayo Dilatométrico de Marchetti
Dilatómetro de Marchetti
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Dilatómetro de Marchetti
Po = Presión necesaria para un desplazamiento nulo de la membrana
P1 = Presión necesaria para un desplazamiento de la membrana de 1,1 mm en el centro
uo = Presión hidroastática al nivel del ensayo
∆P = P1 - Po
ID = Indice del material
K D = Indice de empuje horizontal
Ko = (K D / 1,5)0,47 – 0,6
ED = Módulo dilatométrico = 34,7 . ∆P)
OCR = (0,5 . KD)1,56
cu = 0,22. σv0’(0,5.KD)1,25
'voD
uoPoK
σ
−=
)( uoPo
PI D −
∆=
Comparación entre Cu determinada a través de DMT y de otros ensayos
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EQUIPO DE MENARD
ESQUEMA DE LA MONOCELDA ORIGINAL
DE MENARD
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ESQUEMA DE EXPANSION DE LA SONDA DE TRES CELDAS DE
MENARD
EXPANSION DE LA CELDA CENTRAL O DE CARGA
PRICIPIOS BASICOS DEL ENSAYO DE PRESIOMETRIA
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FACTORES DE CORRECCION QUE INTERVIENEN EN EL ENSAYO
CORRECCION POR RESISTENCIA A LA EXPANSIÓN DE LA SONDA
CORRECCION POR DEFORMACION DE LOS CIRCUITOS HIDRAULI COS
DEL EQUIPO
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REGULACION DE LAS DIFERENCIA ENTRE LAS PRESIONES DE L AGUA Y DEL GAS
REGISTROS DE PERAMETROS
Pc Pm Pf PL
Presión (bar)
Rango elástico ∆P
Volumen (cm3)
Vf
Vm ∆VVc
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GRAFICO TIPICO DE EN ENSAYO DE PRESIOMETRÍA
PL
∆v
E
Vo
Interpretación del ensayo de Presiometría
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Esquema de un Presiómetroautoperforador de
Cambridge
(Self Boring Pressuremeter)
Presiómetro auto perforador de Cambridge
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Diseño de plataformas de trabajo para investigaciones bajo carga de
agua
Plataforma marina transportable y de apoyo fijo
Geotecnia I - Fac. de Ing. U.N.L.P.
Ing. Augusto José Leoni 41
Vibracore para extracción de
nuestras continuas de 6,00 m de
longitud y de 2” de diámetro
Geotecnia I - Fac. de Ing. U.N.L.P.
Ing. Augusto José Leoni 42
Geotecnia I - Fac. de Ing. U.N.L.P.
Ing. Augusto José Leoni 43
Sacamuestras de barros (Contaminación)
Geotecnia I - Fac. de Ing. U.N.L.P.
Ing. Augusto José Leoni 44
Sacamuestras de barros de sección cuadrada con vaina interna de polietileno para barros contaminados
Extracción de muestras de barro del lecho de un río
Geotecnia I - Fac. de Ing. U.N.L.P.
Ing. Augusto José Leoni 45
Muestra obtenida de barros contaminados con hidrocarburos.
Es importante observar la poca consistencia de la muestra y la dificultad que ello representa a la hora de obtener una muestra