Capitulo3 Exploracionymuestreo 150909204636 Lva1 App6891

8/17/2019 Capitulo3 Exploracionymuestreo 150909204636 Lva1 App6891

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MECANICA DE SUELOS – INGENIERIA CIVIL – Prof: R.G.A.

EXPLORACION Y MUESTREO

METODOS DEEXPLORACION

3:05 1





EXPLORACION

DIRECTA: SONDEOS

INDIRECTA: SONDEOS GEOFISICOS

SUBSUPERFICIALES

PROFUNDOS

fotografías aéreas, mapastopográficos, interpretación demapas e informes de reportesgeológicos o estudios de suelopreviamente desarrollados

3:09 2

MUESTREO

Fuente: Gallardo, R. 2014





OBJETIVO:

DETERMINAR PERFIL ESTRATIGRAFICO,

PRESENCIA DE NIVEL FREATICO,

ESTRUCTURACION PRESENTE (SUELORESIDUAL-FRACTURAS),

DETERMINAR ESTADOS DE CONSISTENCIA oCOMPACIDAD.

OBTENER MUESTRAS PARA DETERMINAR LOSPARÁMETROS DEL SUELO.

3:10 3Fuente: Gallardo, R. 2014






3:10 4

Fuente: Conde, J y Alvarez J. 2014






3:05 5

TITULO H.3 NSR-10 PARANUMERO MINIMO DESONDEOS Y PROFUNIDADDE LOS MISMOS: TablaH.3.1-1 y H.3.2-2





SONDEOS: SUBSUPERFICIALES

APIQUES-EXCAVACION ACIELO ABIERTO

3:11 6





• Permiten obtener muy buena

información de la estructura delsuelo.• Establecer las característicasdel régimen de aguassubterraneas (N.F)• La excavación no se puedellevar a grandes profundidades(PELIGRO)• Permiten obtener muestrasinalteradas.

APIQUES-

EXCAVACION ACIELO ABIERTO

SONDEOS: SUBSUPERFICIALES









3:12 8



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SONDEOS SUBSUPERFICIALES

B A R

R E N O S

M A

N U A L E S

3:05 9

PERMITEN TOMAR MUESTRAS ALTERADAS A DIFERENTES PROFUNDIDADES




3:12 10

Fuente: www.erosíon.com.co




PENETROMETRODE BOLSILLO

SONDEOS SUBSUPERFICIALES

•Utilizado para determinar la resistencia a la compresión inconfinada en suelos cohesivos

•Se entierra en el suelo y se mide la presión para su penetración.

0.5 - 4.5 kg / cm²

3:05

11




SONDEO CONRETROEXCAVADORA

3:05 12

• Permite identificar las

características del suelo In Situ.

• Permite conocer el perfil

estratigráfico.

• Permite la toma de muestras

alteradas e inalteradas.

• No se pueden realizar a

profundidades mayores a 4

metros. Ello debido a

impedimentos del equipo y al

peligro de estabilidad de loslados de la excavación.




ROTACION Y

LAVADO

PERCUSION CON

BARRETON

SONDEOSPROFUNDOS

Para suelos duros o de naturaleza

rocosa. Las herramientas de ataque

son generalmente trépanos o

brocas.

Se deja caer un Barretón de 150

kg a razón de 30 golpes por

minuto.Se deja caer un barreno pesado y

cortante. Se rompe y tritura el

material del fondo hasta ser

arena o limo. Se adiciona un

poco de agua para formar un barro con el material molido, el

cual se extrae cuando

obstaculiza la perforación.Aplicable en perforaciones en

rocas y depósitos de gravas

gruesas o con grandes cantos.

3:05 13




3:14 14




EXPLORACION Y MUESTREOPERFORACIONES ROTATORIAS CON

LAVADO

• La rotación va acompañada de presión

hidráulica o mecánica de las barras y brocas

contra el fondo.

• El uso de este procedimiento con fines de

ingeniería civil hace necesaria la obtención de

muestras continuas. Para ello el uso de brocas

que cortan núcleos cilíndricos del material por

muestrear.

• La velocidad de avance con este método esmucho mayor que con cualquiera otro. Se

obtiene rendimientos de alrededor de 3.0 m por

hora.

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Sistemas de lodo poliméricoPOLY PLUS

(1.4 –5 kg/m3)






ESPECIFICACIONES DETUBERIAS Y BROCAS

3:05 16

Tamaño Φexterior(pulg.)

Φexterior(mm)

Φ Núcleo(pulg.)

Φ Núcleo(mm)

EX 1 ½ 38.1 13/16 20.64

AX 1 15/16 49.21 1 3/16 30.16

BX 2 3/8 60.33 1 5/8 41.28

NX 3 76.2 2 1/8 53.94

NQ (tubería de

perforación) 2.75 69.9 2.375 60.30

NW (Revestimiento) 3.5 88.90





MUESTREO

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MUESTREO

TIPOS DEMUESTRAS

ALTERADAS

INALTERADAS

Permanece invariable el contenido de

agua y la composición, y sufren elmenor cambio posible la relación de

vacíos, la estructura y las

características esfuerzo-deformación.

Se usan para determinar propiedades

mecánicas y peso unitario.

No conserva las mismas

características y condiciones en que se

encontraba en el terreno del cual seobtuvo. Se utilizan para determinar

propiedades índice.

SEMIALTERADAS

Conservan algunas de las

características en que se encontraba enel terreno. Se utilizan clasificación,

contenidos de humedad, pesos

específicos.

Barrenas, Augers,

Apiques, Calicatas,

Tomamuestras Partido.

Empuje Hidráulico

Continuo

Tubos de pared delgada, Tubos de

rotación y empuje, Muestras de bloque

3:05 18MECANICA DE SUELOS – INGENIERIA CIVIL – Prof: R.G.A.





TIPOS DE MUESTRAS Y MUESTREADORES

MUESTREA-

DOR

TIPO DE

MUESTRA

MODO DE

OPERACION TIPO DE SUELO

Tubo Partido Alterada PercusiónTodos los suelos que no

contengan mucha grava.

Tubo Shelby Inalterada PresiónArcillas y Limos con poco

material granular.

Tubo de

PistónInalterada Presión

Arcillas y Limos con poco

material granular.

Denison *Rotación y

Presión (Broca)

Arcillas y Limos sin Gravas

bajo el nivel freático.

Barriles Inalterada

Rotación y

Presión (Broca)

Gravas con cantos rodados y

rocas.

* El grado de alteración de la muestra depende del suelo y del cuidado con que se

tome.

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MUESTRAS ALTERADAS

* Para estimar la capacidad de soportede los suelos de una subrasante. C.B.R.

* Para ensayos de compactación.

* Para ensayos de Granulometría y

Límites de Plasticidad.

* Para estimar el contenido de humedaddel suelo.

* Para estimar resistencia al corte y

parámetros de consolidación en suelosque se utilizarán en terraplenes orellenos de mejoramiento.








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3:16 22

TOMAMUESTRAS SHELBY







3:17 23

TOMAMUESTRAS SHELBY







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TOMAMUESTRAS SHELBY





RELACION DE AREASTomamuestras de Tubo


Para estimar si el tubo tomamuestras altera o no una muestra sedetermina la relación de áreas

Para considerar inalterada una muestra la relación de áreas debe tenervalores menores que 10 a 15%. El tomamuestras de cuchara partidatiene una relación de áreas de 112%.






TAMAÑO DE LAS MUESTRASENSAYOS PROPIEDADES INDICE

MUESTRA DE 32kg Mezclada y

Cuarteada

½ Kg deMuestra

6.0 Kgde

Muestra

7.5 Kgde

Muestra

18 Kg deMuestra

LímiteLíquido

LímitePlástico

PesoEspecífico

Granulometría

Compactación CBR

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MUESTRAS INALTERADAS

* Permiten evaluar correctamente las propiedades mecánicas delsuelo tales como resistencia al corte, relaciones esfuerzo-

deformación, com presib i l idad y permeabi l idad .

* Determinar el peso unitario.

* Estas muestras se pueden obtener de:

-Tubos de Pared Delgada (Shelby)

-Muestreadores de Pistón

-bloques a mano

-Muestreadores de bloque a presión (NGI)•Pitcher (Rotación y empuje)•Denison (Rotación y empuje) INVESTIGAR

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MUESTRAS DEBLOQUES A MANO

3:05MECANICA DE SUELOS – INGENIERIA CIVIL – Prof: R.G.A.

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TOMA DE MUESTRASINALTERADAS TUBO SHELBY

* La toma de muestrascon este tomamuestrasse rige por la normaASTM D-1587.

* 76 mm D.E. y 73 mm D.I

* Utilizado en limos,arcillas y limos o arenasarcillosas.

• Longitud Aproximada

760 mm (30”)

• Relación de áreas:8.4%

3:18 37

Fuente: www.erosion.com.co






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Cada metro en los primeros cinco metros de Prof.Y cada 1.5 m a partir de los 5 m o donde haya

cambio de material. (NSR-10 TITULO H)

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•Las muestras deben

marcarse y guardarse

inmediatamente después de

recobradas.

• Los frascos deben

guardarse en cajas de

madera o de cartón.

•Deben protegerse del calor

del sol y del viento.

• Deben sellarse para que no

pierdan humedad.

• Deben empacarse para

evitar daños por vibración.

3:19 41







TOMA DE

MUESTRASEN ROCA

3:05

42

Cuando se realiza exploración en roca?* Se impide el avance con barrenas de suelo,por lavado, percusión, Auger, SPT (>50golpes / 1’). “Rechazo” .

Como se realiza la exploración en roca?

* Con toma de Núcleos de roca.

•Sin Toma de Núcleos de roca.

Cual es el procedimiento a usar?

* Se utilizan procedimientos rotatorios.






TOMA DE MUESTRAS EN ROCAS

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TAMAÑOS DE BROCAS

Tamaño Φexterior

(pulg.) Φexterior

(mm) Φ Núcleo

(pulg.) Φ Núcleo

(mm)

EX 1 ½ 38.1 13/16 20.64

AX 1 15/16 49.21 1 3/16 30.16

BX 2 3/8 60.33 1 5/8 41.28

NX 3 76.2 2 1/8 53.94





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(Mala)(Regular)(Buena)

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ENSAYOS DE

CAMPO

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Perforación y Muestreo.

Ensayos “in situ”

Ensayo de Penetración estándar (SPT)

Ensayo de penetración de cono (CPT)

Prueba del Dilatómetro de placa plana (DMT)

Prueba del Presurómetro (PMT)

Prueba de corte con Veleta (VST)

Métodos Geofísicos

Sondeo por Refracción Sísmica (P-, S-, R-waves)

Sondeo Cross-Hole.

Sondeo Down-Hole.

Sondeo por Resistividad Eléctrica. (SEV)

Sondeo por Tomografía Eléctrica.

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METODOS PARA CONOCIMIENTO DEL SUBSUELO





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ENSAYO DE PENETRACIONESTÁNDAR “SPT”

* El ensayo “In Situ” más común en el mundo

* Muestreador de media caña estándar

* Se rige por la Norma ASTM D-1586

* Martillo (140 lbs. cae 30 pulg.) (63.5 kg cae0.76 m)

* Se utiliza varillaje tipo AX y BX.

* Se toman tres incrementos de 6” y la suma

de los dos últimos incrementos es “N” (golpes/pie)

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Ventajas* Se obtiene muestra de suelo y unnúmero.

* Sencillo y de bajo costo.

* Funciona en muchos tipos de suelo

* Se puede utilizar en rocas blandas.

* Disponible en todo el mundo

* Existen correlaciones para diferentesparámetros del suelo.

Desventajas* Se obtiene suelo y un número**

* Muestra alterada

* Número muy crudo para el análisis

* No aplicable en arcillas blandas* Alta variabilidad e incertidumbre

** Tanto la muestra como el número

de golpes son resultados de baja

calidad.

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ENSAYO DE PENETRACIONESTÁNDAR “SPT”





* Dependencia del tipo de equipo utilizado.

* Influencia del operador.

se consideraron varias correcciones al valor de N con una energíade penetración del 60%.

CORRECCION AL VALOR “N” OBTENIDO EN EL ENSAYO

donde,Em, es la eficiencia del martilloCB, factor de corrección por el diámetro de la perforaciónCs, corrección del muestreadorCR, corrección por longitud de la barra perforadora

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ENSAYO «CPT»






CPT

Puntas de Penetración

a) La Delft, permitedeterminar laresistencia porpunta

b) La Begemam quesirve paradeterminar laresistencia depunta y fricción.

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Ventajas

* Perfiles continuos rápidamente

* Económico / Varios perfiles por día

* Los resultados no dependen deloperador

* Buena base teórica para

interpretación.

* PARTICULARMENTE APLICABLE ASUELOS BLANDOS.

Desventajas

* Alta inversión de capital

* Requiere operadores muy

capacitados

* Elementos electrónicos se dañan y

descalibran* No se obtienen muestras de suelo

* No es apto para depósitos de

grava o cantos.

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ENSAYO CPT





PRUEBA DE CORTE CON VELETA

0.1°/seg

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Falla 2 – 5 min. EnArcillas muy blandas

10 – 15 min.






PRUEBA DE CORTE CON VELETA

3:23 65

H

D

Dentro del minuto siguiente al remoldeo.






Ventajas

* Permite obtener la resistencia nodrenada de las arcillas (Suv)

* Equipo y ensayos muy sencillos

* Permite medir la Sensitividad In Situ

* Hay buena experiencia con su uso

Desventajas

* Su uso se limita a arcillas y limos

blandos con Suv<200 kPa

* Es lento y se gasta mucho tiempo

* Requiere de correlaciones

empíricas

* El resultado puede ser afectado

por lentes de arena

PRUEBA DE CORTECON VELETA

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PRUEBA DEL DILATÓMETRO

3:23 67

DILATOMETRO DE CUCHILLA PLANA

* Se entierra una cuchilla de acero a intervalos de 20 cm. Sin sondeo.

* Inventado por Marchetti (1980)

*Se infla una membrana de acero flexible utilizando gas nitrógeno.*Se toman dos medidas de presión (A y B) en aprox. un minuto.

* Velocidad prueba= 20 mm/seg

* Datos cada 20 a 30 cm.


EXPLORACION Y MUESTREOÓ




PRUEBA DEL DILATÓMETRO

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MECANICA DE SUELOS – INGENIERIA CIVIL – Prof: R.G.A.3:24 69


EXPLORACION Y MUESTREOÓ




PRUEBA DEL PRESIÓMETRO

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* Vo = 500 cm3 * Se grafican los valores de presión Vs Volumen celda.

* Se puede estimar el esfuerzo de preconsolidación y Su de una arcilla.











EXPLORACIONGEOFÍSICA

3:05 72

EXPLORACION Y MUESTREOSONDEOS GEOFISICOS




SONDEOS GEOFISICOS

Usados ampliamente en Geología y Minería y muy poco en Mecánica de suelos. Dan información de

los perfiles del suelo en áreas relativamente grandes.

Sistema Aplicaciones Limitaciones

ResistividadEléctrica

Localizar límites entre materiales

granulares y arcillosos, nivel freático

e interface suelo – roca.

Difícil de interpretar

especialmente cuando los

mantos no son horizontales.

RefracciónSísmica

Determina las profundidades de los

estratos y sus velocidades sísmicascaracterísticas.

Las velocidades aumentan

con la profundidad. Solo es

útil cuando los mantos songruesos y la información

aporta un dato promedio.

Ensayossísmicos directos

(crosshole)

Se obtienen velocidades de estratos

específicos, sus propiedades

dinámicas y la calidad de la roca.

Los datos son promedios y

pueden ser afectados por

las características de la

masa rocosa.

Penetración deondas de radar

Permite identificar objetos

enterrados tales como ductos,

cantos, interfaces de rocas.

Las arcillas son

prácticamente

impenetrables por las ondas

de radar.

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SONDEOS GEOFISICOS

Ventajas

* No destructivo y/o no invasivo

* Ensayo rápido y económico

* Suficientes bases teóricas para suinterpretación

* Aplicación en suelos y rocas.

* Se pueden realizar en superficie odentro de una perforación.

* Se puede determinar el perfil, laspropiedades elásticas, rigidez yamortiguamiento.

Desventajas

* No hay muestras.

* Se asumen modelos para lainterpretación de resultados.

* Afectado por capas muy

cementadas o inclusiones demateriales más duros.

* Resultados influenciados porpresencia de agua, arcilla y laprofundidad.

3:05 74





SONDEOS GEOFISICOS

3:24 75






SONDEOS GEOFISICOS

3:24 76






SONDEOS GEOFISICOS

Tipo de Suelo o Roca Velocidad de las ondas Pm/s

Suelo

Arena, limo seco y capa superior de suelo de grano

fino200 – 1000

Aluvial 500 – 2000 Arcillas compactas, grava arcillosa y arena arcillosa

densa1000 – 2500

Loess 250 – 750

Roca

Pizarra y esquisto 2500 – 5000

Arenisca 1500 – 5000

Granito 4000 – 6000

Caliza sana 5000 – 10000Vp = 5 a 7 km/s Vs = 3 a 4 km/s3:05 77





SONDEOS GEOFISICOS

3:25 78


EXPLORACION Y MUESTREOENSAYO DE REFRACCION SISMICA




ENSAYO DE REFRACCION SISMICA

* Útiles para obtener información preliminaracerca del espesor de los estratos de sueloy de la profundidad de la roca o suelo firmeen un sitio.

* Se realiza un impacto (golpe de martillo opequeña carga explosiva) sobre lasuperficie y se observa la primera llegada de

la perturbación (ondas de esfuerzo) envarios puntos (Geófonos cada 15 a 30 m).

* Se determina la velocidad de las ondas Pen diferentes estratos.

* El tiempo de recorrido de una onda

refractada está determinado por su ángulocrítico, que depende de la naturaleza delsuelo y de la roca. Este se determina tantopara las ondas directas como para lasrefractadas.

3:05 79





3:25 80Fuente: www.erosion.com.co





EXPLORACION Y MUESTREOEJERCICIO REFRACCION SISMICA




EJERCICIO REFRACCION SISMICA

Los resultados de un sondeo por refracción en un sitio se dan en lasiguiente tabla:

Distancia de geófono desde lafuente de perturbación (m)

Tiempo de primer arriboSeg (x10-3)

2.5 11.2

5.0 23.3

7.5 33.5

10 42.4

15 50.9

20 57.2

25 64.4

30 68.6

35 71.1

40 72.1

50 75.5

Determine:

1.-Las velocidades delas ondas P.

2.-El espesor delmaterial encontrado.

3.-Con la tabla de

velocidades de ondas Psugiera el tipo dematerial encontrado.

3:05 82

EXPLORACION Y MUESTREOENSAYO REFRACCION SISMICA




ENSAYO REFRACCION SISMICA

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EXPLORACION Y MUESTREOEMSAYO REFRACCION SISMICA




EMSAYO REFRACCION SISMICA

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3:26 86







3:26 87







3:26 88







3:27 89







3:27 90







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EXPLORACION Y MUESTREOENSAYO SISMICO CROSS-HOLE




ENSAYO SISMICO CROSS-HOLE

* Sirve para determinar la velocidad deondas de cortante Vs de los estratos desuelo.

* Se perforan dos agujeros en el terreno auna distancia “L”, colocando en uno de

ellos una barra de impulso y en el otro sedetectan las ondas de cortante generalespor un transductor verticalmente sensible.

Vs = L/t

t= tiempo de viaje de las ondas

Gs= módulo cortante del suelo.







EXPLORACION Y MUESTREOENSAYO SISMICO DOWN-HOLE




3:34 98

Fuente: Gallardo, R. 2013 Fuente: Gallardo, R. 2013





3:34 99






3:34 100


EXPLORACION Y MUESTREOSONDEO POR




SONDEO PORRESISTIVIDAD ELÉCTRICA

3:05 101





3:05 102


RESISTIVIDAD ELÉCTRICA




RESISTIVIDAD ELÉCTRICA

3:05 103





3:35 104

Fuente: Valencia, E. 2009





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EXPLORACION Y MUESTREOTOMOGRAFIA ELÉCTRICA




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TOMOGRAFIA ELÉCTRICA




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Fuente: Maestría UIS. 2013






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Un sector con elevada resistividad asociado al depósitoígneo (R=1) o zonas de material grueso no saturado(arenas y gravas)

zonas de resistividad media asociadas a formacionescompuestas por material grueso con algo de finosposiblemente saturado en las zonas profundas (R=2)

áreas con menor resistividad que es correlacionable conformaciones cuaternarias de arenas arcillosas embebidasen una matriz limosa (R=3)






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colores rojos a anaranjados nos muestras zonas deresistividades altas asociadas a materiales gruesos (nosaturados) o depósitos coluviales del material Ígneo.

colores verdes a azul claro nos indican formaciones

arenosas intercaladas con material fino (posiblementesaturados)

colores azul oscuro está asociado a materiales finos (limosy arcillas).

EXPLORACION Y MUESTREOTOMOGRAFIA ELÉCTRICA



Posible contacto litológico

Posible plano de deslizamiento

Zona A

Zona B

Zona C

Capa mayor resistividad: asociada con deposito de ladera Ql conformado porfragmentos de materiales igneos Cuarzomonzonita, Granito y PórfidoCuarzoso (JRcg). Al costado norte (electrodos 31 a 49) la resistividadaumenta apreciablemente. En este costado se tiene muros y paredes deconstrucciones abandonadas or el deslizamiento.

Capa Resistividad intermedia: asociada a materiales de la formaciónBucaramanga, miembro limos rojos ( Qblr), arenas arcillosas gravosas ylimos. Dentro de esta zona se tiene varias zonas puntuales con filtración deaguas.

Capa menor resistividad: posible aumento del contenido arcillo e incrementode humedad de los materiales de la zona B, arenas arcillosas gravosa y

limos, .

Zona F Zonas con muy baja resistividad, su forma “redondeada” se asocia confuentes de concentración de agua subterránea por filtración natural desdefuentes superficiales o tuberías de acueducto y alcantarillado en mal estado.

Zona S Zonas superficiales redondeadas con menor resistividad, asociadas con

Grietas en

pavimento y

andenes

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