1. Introducción 2. Definición 3. Métodos de exploración de suelos 3.1.
Metodos Indirectos
3.2.
Metodos Directos
3.2.1.
Muestreo con tubos de pared delgada o gruesa.
3.2.2.
Ensayo de penetración Semi-Estática (CONO HOLANDES)
3.2.3.
Pozos a Cielo Abierto
4. Equipos de Auscultación 4.1. Control de movimientos........................................................ 4.1.1. Inclinometría........................................................................... 4.1.2. Desplazamientos incrementales (micrómetro deslizante)......................... 4.1.3. Desplazamientos según tres direcciones en un sondeo (TRIVEC)............... 4.1.4. Equipo de extensómetro múltiple para control de movimientos en obra ... 4.1.5. Control de deformaciones (LVDT)............................................................... 4.2. Auscultación dinámica.........................................................
5. Perforación de Suelos IN SITU 5.1. Introducción........................................................................................... 5.2. Método directo e indirecto........................................................................................... 5.2.1. Situación de sondeo................................................. 5.2.2. Prescripciones Generales................................................. 5.2.3. Perforación de Suelos................................................. 5.2.4. Perforación de Suelos con agua................................................. 5.2.5. Perforación de Roca................................................. 5.2.6. Los sondeos geotécnicos................................................. 5.2.7. Los sondeos de percusión................................................. 5.2.8. Los sondeos a rotación.................................................
5.3.
Tipos de Perforación.................................................
INTRODUCCION De conformidad con el Decreto Supremo N° 002-2013-MINAM por medio del cual se aprueban los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para Suelo, la Guía para Muestreo de Suelos establece especificaciones para: I) determinar la existencia de contaminación en el suelo, II) determinar la dimensión (extensión horizontal y vertical) de la contaminación, III) determinar las concentraciones de nivel de fondo, y/o IV) determinar si las acciones de remediación lograron reducir la concentración de los contaminantes en el suelo, de acuerdo a las metas planteadas. En función al objetivo del muestreo de suelos, la Guía establece los siguientes tipos: muestreo de identificación, muestreo de detalle, muestreo de nivel fondo, y muestreo de comprobación de la remediación. En la Guía se especifica además, diferentes técnicas de muestreo, criterios para la determinación del número de muestras, así como medidas de calidad para la toma y el manejo de muestras de suelos. La Guía no incluye el muestreo de aguas subterráneas y sedimentos en ríos, lagos y mares. Esta Guía es aplicable para el muestreo de suelos en proyectos nuevos, actividades en curso, y para sitios contaminados en los que la autoridad competente o la entidad de fiscalización ambiental determine que no se cumplieron con los objetivos de remediación previstos en el instrumento de gestión ambiental.
AUSCULTACIÓN 1. DEFINICIÓN
La auscultación geotécnica consiste en la medida sistemática de las deformaciones y variaciones en las tensiones que se producen en el terreno, como consecuencia de procesos constructivos o fenómenos naturales. A partir de un grupo de técnicas se consiguen medidas reales en el terreno que permiten modelizar, prevenir y dar solución a tiempo real a problemas geotécnicos. Dentro de los procesos constructivos será relevante conocer la respuesta del terreno frente a las estructuras adyacentes (edificios singulares, estructuras en excavaciones importantes, cimentaciones en suelos muy deformables o control de asientos en terraplenes y rellenos, control de presión de agua en estructuras). Existen en general, dos grandes grupos de auscultación:
Profunda (colocada en el interior del terreno): inclinómetros, hitos de nivelación profundos, piezómetros de cuerda vibrante, extensómetros. Superficial: prismas de control geodésico, dianas, hitos de nivelación superficial, células de presión y clinómetros.
G3, dispone del equipo y técnicos que están realizando des de hace más de 5 años este tipo de trabajo, encontrándose preparados para realizar la instalación y control de todos estos equipos y elementos de control. Auscultación geotécnica consiste en la medida sistemática de las deformaciones y variaciones en las tensiones que se producen en el terreno, como consecuencia de procesos constructivos o fenómenos naturales. A partir de un grupo de técnicas se consiguen medidas reales en el terreno que permiten modelizar, prevenir y dar solución a tiempo real a problemas geotécnicos.
METODOS DE EXPLORACION DEL SUELO En la realización de cualquier desarrollo, sin importar su magnitud, se deben conocer las condiciones del suelo sobre el que se va a construir. Estas condiciones afectan de gran manera la forma y costos del proyecto, ya que el análisis de suelos nos indica varios factores clave que sirven para conocer qué tipo de cimentación va a tener la estructura. La profundidad de la investigación depende del tamaño del proyecto, por ejemplo una carretera se puede efectuar conociendo las características del suelo a la profundidad de unos cuantos metros, en cambio un edificio de varios pisos necesitaría saberse las características del suelo a varias decenas (sino es que cientos) de metros. Según un trabajo expuesto por la Corporación Universitaria de la Costa, sobre la exploración y muestreo de suelos:
Es por estas razones que se han inventado diferentes tipos de muestreo y exploración de suelos, cada uno buscando como objetivo eficientar los recursos y disminuir el tiempo necesario para una buena exploración de suelos, ya que estos son cruciales para el inicio de la obra ya que en la mayoría de los casos los costos del estudio de suelo son los más exigentes al inicio de cada obra siempre se debe asegurar que estos cubran toda la zona de influencia de esta.
La misma Corporación Universitaria de la Costa describe que el muestreo y la exploración de úselos se suelen dividir en dos grandes categorías:
MÉTODOS INDIRECTOS Los métodos indirectos para el muestreo y exploración de suelos suelen utilizarse para evaluaciones preliminares del proyecto, así se determinan las condiciones y los equipos a utilizar para una exploración de suelos más precisa (métodos directos), Con esta información se puede identificar y prevenir cualquier problema logístico, disminuyendo los costos que un incidente podría ocasionar en la etapa preliminar. Ventajas y desventajas. La estereoscopia empleada correctamente puede ayudar a determinar fácilmente que tipo de rocas se encuentran en el área de manera rápida pero no proporciona un análisis preciso del suelo, lo que hace de esto método un método preliminar para costear proyectos pero no para determinar cimentaciones. Al igual este método puede servir para saber qué equipo utilizar para las pruebas directas que ayudan a determinar con mayor precisión las características del suelo.
MÉTODOS DIRECTOS MUESTREO CON TUBOS DE PARED DELGADA o GRUESA.
Se sabe que bajo ninguna circunstancia se puede obtener una muestra de suelo que pueda ser rigurosamente considerada como alterada, de hecho siempre se alterara la muestra ya que cualquier extracción física ocasiona cambios instantáneos de la muestra. Es por esto que es necesario cuidar de las muestra rigurosamente y evitar el interperismo que pudiera haber desde el campo hasta el laboratorio a donde se va a analizar. El muestreo con tubos de pared delgada no es recomendable para suelos muy blandos o con alto contenido de agua y arenas, ya que las muestras no se logran extraer completas del tubo al salir de la perforación.
Los resultados del muestreo de suelos mediante la perforación e introducción de un tubo pueden ser variados, ya que estos representan físicamente al suelo, y su análisis se debe determinar con diferentes pruebas ya sean eléctricas, químicas o físicas. Cada tubo de pared delgada que se extrae contiene un “núcleo” el cual es analizado posteriormente con otros métodos, este núcleo permite ver la estratigrafía del suelo directamente y dar una idea de su composición a primera instancia.
Ventajas y desventajas.
Dependiendo de cómo se extrajo la muestra se pueden realizar diferentes estudios como son los de la fotoelasticidad o radiografías que permiten determinar la composición del suelo junto con otras características, es una de las mejores pruebas para determinar las características del suelo, aunque se puede ver imposibilitado por condiciones geográficas no apropiadas para implementar la maquinaria, al igual que se debe de saber si se utilizará un tubo de pared gruesa o delgada ya que cada una es especial para ciertos tipos de suelos. Es más costosa que otros métodos de exploración pero es compensada por la precisión que esta involucra. ENSAYO DE PENETRACIÓN SEMI-ESTÁTICA (CONO HOLANDÉS) Aunque existen diferentes tipos de ensayos de penetración, mi enfoque será en el cono holandés ya que fue del que más información encontré y el mejor explicado, aunque existen diferentes categorías las cuales pueden ser utilizadas para
diferentes propósitos. Existen las Tipo Danés, Tipo para ensaye dinámico, o Tipo de Inyección y dependiendo del procedimiento se dividen en estáticos y dinámicos. En los primeros la herramienta se hinca a presión, medida en la superficie con un gato apropiado; en los segundos el hincado se logra a golpes dados con un peso que cae.
Este cono tiene dos juegos de barras, uno exterior hueco, de 36 mm de diámetro, y otro interior sólido de 15 mm de diámetro. Las barras poseen sendas roscas para unirse entre sí. La barra interior está conectada a la punta del cono, esta punta tiene 60º de ángulo en el vértice, un diámetro igual al de la barra exterior y un área de 10 cm². La barra exterior está conectada al cono, el cual puede correr libremente hasta 70 mm empujado por ésta. Se resalta que un accesorio muy importante para este método es el “Manguito de Fricción Begemann”, este manguito tiene 150 cm² de área lateral y está dispuesto de tal manera que es arrastrado por el cono durante la última mitad de su carrera; es decir de los 70 mm de avance del cono, los primeros 35 mm los efectúa sólo y los siguientes 35 mm lo hace arrastrando consigo el manguito. Basta restar la primera lectura de la segunda para hallar el valor de la fricción local provocada por el Manguito Begemann.
En la parte superior de las barras, el extremo de éstas se conecta a un dispositivo hidráulico que puede aplicar carga indistintamente a la barra interior o a la exterior. Dos manómetros, uno para cada barra, permiten medir la carga aplicada a cada una de éstas en un momento dado.
La fuerza para introducir el cono era aplicada manualmente (por medio de poleas y cadenas) hasta hace unos años, hoy se utiliza la fuerza hidráulica.
Esta fuerza se aplica con una bomba accionada por un motor de gasolina o diesel. El equipo que habitualmente opera el autor de este documento es de 2.5 T de capacidad de empuje y pesa sólo 80 Kg., puede ser transportado por avión o en un vehículo pequeño, a este cono se le denomina también Cono Gouda y es del tipo mecánico (no electrónico) impulsado por fuerza hidráulica. Antes de iniciar la prueba, es necesario anclar el equipo al terreno, esto se logra con unos espirales especiales o aplicando carga sobre la base.
Los resultados se presentan en una gráfica que realiza un procesador y esta revela las condiciones del suelo, dependiendo del tipo de cono de penetración utilizado las gráficas pueden variar, pero presentan resultados inmediatos conforme se sumerge el cono.
Ventajas y desventajas.
Este método puede considerarse como un método directo ya que se trabaja de manera directa en el campo, se obtienen datos de la muestra de suelo directa en contacto con el cono. Es rápido, efectivo y puede derivar con diferentes resultados dependiendo del análisis que se realizó y del tipo de penetrómetro que se utilizó. Es importante recalcar que existen empresas grandes como Fugro adquieren datos geotécnicos y de otro tipo para caracterizar el subsuelo. Los datos se recogen usando una variedad de métodos internos, herramientas y sensores que van desde las pruebas de penetración de cono (CPT), métodos geofísicos a las técnicas de perforación convencionales, toma de muestras y pruebas de pozo. Las pruebas de Penetración de Cono utilizadas revelan datos muy importantes y pueden ahorrar dinero y tiempo, a la vez que se pueden efectuar sobre diferentes superficies. La desventaja de esta prueba sería el costo de esta, que aunque disminuye bastante en proyectos grandes, en proyectos pequeños suele ser bastante cara (como para la construcción de una casa), además este método requiere de una topografía aceptable para su implementación, ya que en condiciones adversas es necesario el uso de helicópteros que transporten el equipo a la zona a analizar.
POZOS A CIELO ABIERTO
La excavación de pozos a cielo abierto con el empleo del pico y la pala permiten recuperar buenas muestras representativas alteradas del subsuelo, sin embargo, su aplicación principal es la obtención de muestras inalteradas de la más alta calidad y sólo esta aplicación justifica su costo.
Tamez determina que de los pozos a cielo abierto se pueden obtener muestras inalteradas de la mejor calidad. “Estas se obtienen excavando pozos a cielo abierto, con sección cuadrada o circular, de 1.50 a 2.00m por lado o diámetro, hasta profundidades de 5.00 a 10.00m, si el nivel freático se encuentra a mayor profundidad. La excavación permite obtener la siguiente información:
La observación detallada de la estratigrafía y la clasificación geológica y geotécnica de cada estrato.
Obtención de muestras inalteradas labradas directamente de cada uno de los estratos; las muestras pueden ser de forma cúbica, de 20cm por lado, o cilíndricas de 20cm de diámetro, después de labradas se protegen envolviéndolas en una capa de tela recubierta con una mezcla de cera, parafina y brea, en partes iguales, para evitar la pérdida de humedad; puede usarse también envoltura de plástico egapack.
Cuando no se pueden labrar buenas muestras por falta de cohesión del suelo, o por la presencia de gravas grandes o cantos rodados, puede ser necesario utilizar en el sitio pruebas mecánicas de gran tamaño para determinar la resistencia al corte y la compresibilidad de esos materiales.” (Tamez, 2001)
Los resultados de esta prueba es visualizar la estratigrafía del suelo de manera directa, sabiendo así como está compuesto el suelo.
Ventajas y desventajas. Esta prueba genera pocos gastos en la generación de una exploración de suelos superficial, está limitada por la profundidad máxima en la que se puede realizar y en las condiciones meteorológicas apropiadas para esta misma. Para grandes proyectos consideraría poco práctica esta forma de muestreo, pero para proyectos más pequeños creo que sería la opción más útil, dependiendo de lo que se requiera analizar. Otra desventaja que encuentro es si el nivel de aguas freáticas esta cerca de la superficie puede ocasionar problemas a la hora de iniciar este muestreo, y se tendrías que proceder a drenar el terreno (el cual aumentaría los costos de la exploración) o tener que cambiar a otro tipo de muestreo. Es importante recalcar que en este muestreo interfieren de manera directa o casi directa el personal humano siendo este otro factor de riesgo importante a tomarse en cuenta ya que en los demás se asegura la integridad física del operador, en cambio en esta se tendrían que tomar medidas preventivas auxiliares para garantizar la seguridad de los operadores. 2.
EQUIPOS DE AUSCULTACIÓN E INSTRUMENTACIÓN 2.1.
Control de movimientos 2.1.1. Inclinometría
Descripción Un sistema inclinométrico comprende un sensor con forma de torpedo que contiene un transductor de inclinaciones. El sensor va conectado a una unidad de lectura digital mediante un cable graduado que mide la profundidad. El sensor se introduce, por medio de un sistema de guías rodantes, en una tubería especial de instalación que se coloca en el interior del sondeo del relleno o estructura a auscultar. El transductor de inclinación permite una desviación horizontal entre el eje del sensor y el plano cuya verticalidad se mide. Las medidas de inclinación y de profundidad del sensor recogidas se utilizan para calcular la desviación horizontal (dada en mm) de la tubería respecto a la verdadera vertical. El sensor inclinométrico del que se dispone en el Laboratorio cuenta con dos servoacelerómetros que proporcionan la desviación horizontal según dos ejes perpendiculares entre sí. Características técnicas del equipo del laboratorio
Rango de trabajo
30º
Longitud del sensor entre elementos rodantes:
500 mm
Sensibilidad del sensor:
0,01 mm
Resolución de unidad de lectura digital:
0,1 mm
Resolución de unidad de lectura electrónica:
0,01 mm
Aplicaciones Las medidas obtenidas permiten el control de los movimientos horizontales de una vertical en presas de tierra, taludes, muros de contención, etc. Es un instrumento de gran utilidad para detectar y controlar deslizamientos y otros tipos de inestabilidades.
2.1.2. Desplazamientos incrementales (Micrómetro deslizante) Descripción El micrómetro deslizante es un aparato de alta precisión para medir la deformación axial a lo largo de un sondeo. Para ello lleva incorporado un sensor tipo LVDT. El micrómetro se introduce dentro de unos tubos de PVC, los cuales se han inyectado previamente al terreno o al material en estudio. Los tubos disponen de unas uniones cada metro que funcionan como puntos de referencia para las medidas. El micrómetro puede encontrarse en dos posiciones, la primera permite el desplazamiento a lo largo del sondeo, la otra consiste en una posición fija de medida en las uniones entre tubos. La primera medida, justo después de que la inyección haya fraguado, dará la distancia exacta entre las uniones a lo largo de todo el sondeo. Con las siguientes medidas se obtendrán los incrementos de longitud entre cada una de las uniones de los tubos según se vayan deformando al seguir al medio circundante a lo largo del tiempo. La suma de los desplazamientos registrados en cada tramo proporciona los movimientos acumulados a lo largo del eje del sondeo. Características técnicas de los equipos del laboratorio Base de medida
1000 mm
Rango de medida Precisión Sensibilidad
10 mm ( 5 mm) opcionalmente 20 mm ( 10 mm) 100 mm ( 50 mm) opcionalmente para suelos blandos 0,003 mm 0,03 mm para suelos blandos 0,001 mm
Aplicaciones El micrómetro deslizante puede utilizarse para el estudio de deformación de estructuras como presas de hormigón, pilotes y muros pantalla, etc. También se han utilizado para determinar los asientos en el entorno de obras subterráneas y túneles.
2.1.3. Desplazamientos según tres direcciones en un sondeo (Trivec) Descripción El Trivec es un aparato de alta precisión que determina la evolución de los desplazamientos en las tres direcciones ortogonales de un sondeo vertical. En esencia consiste en la integración en un mismo aparato de un micrómetro y dos sensores inclinométricos. Los tubos que se introducen en el sondeo presentan las mismas uniones cada metro descritas en el micrómetro y que proporcionan la posición fija necesaria para la medida con el sensor. Características técnicas del equipo del laboratorio Base de medida Micrómetro
Rango de medida Precisión
1000 mm 20 mm ( 10 mm) 0,003 mm
Inclinómetros
Sensibilidad Rango de medida Precisión Sensibilidad
0,001 mm 14º respecto la vertical 0,05 mm/m (10”) 0,005 mm/m (1”)
Aplicaciones Entre las aplicaciones destaca el estudio de inestabilidades y de deformaciones en terraplenes, determinación de asientos en las inmediaciones de obras subterráneas, etc. En estructuras se usa para el estudio de deformaciones de presas y elementos como pilotes y muros pantalla.
2.1.4. Equipo de extensómetro múltiple para control de movimientos en obra Descripción Son aparatos que se instalan en sondeos y permiten medir movimientos relativos entre la boca del mismo y uno o varios puntos situados en el interior, anclados solidariamente al terreno correspondiente. Para ello se utilizan varillas que tienen un extremo anclado en el punto interior del sondeo que se desea controlar y el otro extremo sobresaliendo de la boca de perforación. Los movimientos del terreno se transforman en desplazamientos de las varillas situadas en la superficie, los cuales son medidos mediante un sistema mecánico o con transductores eléctricos situados en la boca de la perforación.
Características técnicas del equipo del laboratorio Capacidad máxima ocho puntos de anclaje Sistema de medición: Varillas ancladas Lectura mecánica, mediante flexiómetros o por medio de transductores. Precisión de 0,01 mm.
Aplicaciones Medida de asentamientos en laderas y presas de tierras. Control de movimientos cerca de túneles y centrales subterráneas.
2.1.5. Control de deformaciones (LVDT) Descripción Los transductores de desplazamiento tipo LVDT funcionan desplazando un núcleo de Níquel – Hierro de forma axial dentro de una bobina. La posición del núcleo origina la correspondiente distribución de inductividad en ambas mitades de la bobina, que, mediante el sistema electrónico integrado, se transforma en una señal proporcional al desplazamiento. Características técnicas
Las características de los transductores dependen de la finalidad de la medida, en general existen aparatos con características que varían entre los siguientes valores:
Rango de medida Linealidad
10 a 50 mm 0,25 % a 0,5 % del rango
Aplicaciones Medida de desplazamientos y deformaciones, utilizándose tanto en medidas estáticas, por ejemplo en las pruebas de carga estática, como en medidas dinámicas, caso de la auscultación de desplazamientos de carriles y traviesas al paso de ferrocarriles de alta velocidad.
2.2. AUSCULTACION DINAMICA Instrumentación para la auscultación dinámica Descripción
Esta instrumentación permite el estudio de acciones dinámicas alcanzando un registro en la toma de datos de hasta 20000 muestras por segundo con los sistemas de adquisición de que se dispone. Esto hace posible el estudio, como ejemplo, de la respuesta dinámica de la superestructura e infraestructura de las líneas de alta velocidad ferroviaria frente al paso de las circulaciones a velocidades comerciales de explotación. Características técnicas Dentro del conjunto de instrumentación dinámica disponible en el mercado, cada una con sus características propias según su aplicación específica, los aparatos que ha venido utilizando el Laboratorio son:
Transductores de desplazamiento tipo ménsula para medida de desplazamientos verticales relativos traviesa-subbalasto y traviesa-capa de forma. Rango de medida de 25 mm y sensibilidad de 0,01 mm. Transductores de desplazamiento tipo potenciométrico para la medida de los desplazamientos verticales carril-traviesa. Con rango de medida de 25 mm y sensibilidad del 0,25%. Sistema óptico láser para obtener los desplazamientos verticales absolutos del carril y traviesa no requiriendo contacto físico entre la base de referencia de movimiento y el punto sobre el cual se mide. Rango de medida uniaxial de 20 mm y no linealidad típica de 0,1%. Geófonos para medir velocidades de vibración en traviesa (para frecuencias de 1 +- 0,05 Hz) y carril (frecuencias de 2 +- 10% Hz). Acelerómetros para el control de aceleraciones en traviesa y carril. Bandas extensiométricas para la medida de la tensión transmitida al carril por cada eje de las circulaciones (bandas de cortante y flexión).
Aplicaciones Estudio de la acción dinámica de circulaciones sobre estructuras o sobre los elementos de las líneas de alta velocidad ferroviaria.
PERFORACION DE SUELOS IN SITU
INTRDUCCION En la realización de cualquier desarrollo, sin importar su magnitud, se deben conocer las condiciones del suelo sobre el que se va a construir. Estas condiciones afectan de gran manera la forma y costos del proyecto, ya que el análisis de suelos nos indica varios factores clave que sirve para conocer qué tipo de cimentación va a tener la estructura. La profundidad de la investigación depende del tamaño del proyecto, por ejemplo una carretera se puede efectuar conociendo las características del suelo a la profundidad de unos cuantos metros, en cambio un edificio de varios pisos necesitaría saberse las características del suelo a varias decenas de metros.
Cuando se analiza una estructura, desde el punto de vista de la mecánica de suelos, se puede hablar de tres categorías: • Estructuras donde el problema básico es el entendimiento de la interacción de la estructura con el suelo. Dentro de estas estructuras se incluyen: Fundaciones, estructuras de retención, líneas de túnele o sistemas de conducción. • Estructuras construidas en tierras como vías, carreteras, presas de tierra o pedraplenes, bases y sub- bases para pavimentos. • Estructuras de tierra o rocas en condiciones naturales, en estas incluimos los taludes naturales o los cortes generados ante alguna obra o acción desarrollada por el hombre. Es por estas razones que se han inventado diferentes tipos de muestreo y exploración de suelos, cada uno buscando como objetivo optimizar los recursos y disminuir el tiempo necesario para una buena exploración de suelos, ya que estos son cruciales para el inicio de la obra pues en la mayoría de los casos los costos del estudio de suelos son los más exigentes y al inicio de cada obra siempre se debe asegurar que estos cubran toda la zona de influencia de esta.
METODOS INSITU Para la exploración de suelos suelen utilizarse evaluaciones preliminares del proyecto, aquí entran los métodos indirectos de perforación, así se determinan las condiciones y los equipos a utilizar para una exploración de suelos más precisas (métodos in situs). Con esta información se puede identificar y prevenir cualquier problema logístico, disminuye los costos que un incidente podría ocasionar en la etapa preliminar.
PERFORACION DE SUELOS 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:
Sondeos geotécnicos Calicatas, zanjas y pocillos En algunos casos, galerías
SONDEOS. -Los sondeos se realizan con maquinaria especial que perfora la tierra hasta una cierta profundidad. La broca, hueca, es de diamante y el material que se corta se introduce en un tubo cerrado con presillas. Después de extraer el tubo y abrirlo, se obtiene un cilindro compacto con todas las rocas y materiales perforados. Este cilindro se denomina Testigo. En la corteza terrestre se ha llegado hasta los 12 km, pero en el océano se ha podido llegar a la zona superficial del manto, al ser más delgada la corteza oceánica. 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:
Prospección geofísica (gravimétrica, eléctrica, sísmica, electromagnética) Ensayos “in situ”
1) SITUACIÓN DE LOS SONDEOS Debe ser fijada en función de las características del estudio y sus objetivos, tomando especialmente en consideración las dificultades de acceso al emplazamiento. En campo, será determinada preferentemente por métodos de topografía clásica, debiendo quedar localizados por referencias a puntos fijos bien identificados. La cota será determinada por nivelación geométrica. Sin embargo, en el caso de utilizarse sistemas de posicionamiento por satélite GPS, el error en coordenadas (x,y,z) deberá ser inferior a 5 m. En caso de tener que mover el emplazamiento de un punto, debe primar donde los datos obtenidos permitan asegurar el cumplimiento del objeto de su perforación. Cuando se perfore en zonas urbanas y vías públicas de cualquier tipo, se deberá cuidar el minimizar la ocupación de viales, la afección al tráfico y la perturbación del entorno. Se suele exigir la elaboración de una nota técnica a entregar al Director del Estudio en la que se recoja la precisión del método. En los lugares a sondear en que deban ser tenidas en cuenta medidas de seguridad para protección de servicios urbanos o instalaciones enterradas, se hará previamente la preparación del terreno con los medios auxiliares adecuados. Si fuera necesario, se
realizarán calicatas por medios manuales hasta superar la profundidad de dichos servicios en prevención de provocar cualquier daño. Los lugares a perforar tendrán señalizada el área de trabajo, y dispondrán de las medidas de seguridad para los viandantes, la circulación de vehículos, el mobiliario urbano, el arbolado y, en definitiva, el entorno en que se lleva a cabo la actuación 2) PRESCRIPCIONES GENERALES En términos generales, en la inmensa mayoría de los casos de aplicación a un proyecto de ingeniería y construcción, los sondeos mecánicos serán a rotación, con recuperación continua de testigo. Solo ocasionalmente se emplearán otros sistemas de perforación: perforación a rotopercusión, con o sin recuperación del detritus y con la entubación que se precise para otras operaciones o ensayos posteriores. El diámetro de sondeos en suelos, debe ser siempre igual o superior a 101 mm (con un diámetro de testigo igual o superior a 84 mm), En sondeos en roca, perforados con sistema convencional, el diámetro debe ser superior a 86 mm con un diámetro del testigo igual o superior a 72 mm. En cualquier caso, los diámetros de perforación serán suficientes para garantizar que se alcanza el fondo del sondeo con dichos diámetros mínimos. En sondeos perforados con sistema wire-line, el diámetro mínimo será el correspondiente al tipo HQ. La máquina de perforación debe ser de las características apropiadas para garantizar que se alcanza correctamente la profundidad prevista. 3) 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 toma de muestras o ensayos, no admitiéndose el fondo del sondeo un espesor de sedimentos superior a 5 cm. La limpieza del fondo se realizará de forma que asegure que el suelo a ensayar no resulte alterado en la operación. Cuando se detecten suelos blandos se procederá al muestro mediante el tomamuestras pared delgada.
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4) PERFORACIÓN CON AGUA EN SUELOS Para estabilizar los sondeos, se utilizará entubación metálica de diámetro no inferior a mm.
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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 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 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. 5) PERFORACIÓN EN ROCA
en
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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 algunas condiciones de especial dificultad de recuperación de testigo, se puede acudir a la utilización de baterías especiales, refrigeradas por aire, y/o a la utilización de baterías triples, dotadas de camisa de fibra de vidrio, baterías bipartidas u otras. 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. 6) LOS SONDEOS GEOTÉCNICOS Están encaminados a: • •
• •
•
El reconocimiento de la naturaleza y localización de las diferentes capas del terreno. La extracción de muestras: Alteradas en toda la columna. Inalteradas. De agua La realización de ensayos “in situ”. La realización de ensayos de permeabilidad: Lefranc (suelos) Lugeon (roca) La instalación de piezómetros
Dependen de la finalidad concreta y de la aptitud para conseguir la finalidad perseguida, así como de la rapidez y economía. Generalmente son de pequeño diámetro, ya que no hay que olvidar que tienen por
objeto reconocer la naturaleza y localización de las diferentes capas del terreno (y consecuentemente, establecer la columna litológica del terreno en el punto de investigación), así como extraer muestras del mismo a partir de los testigos de perforación y realizar ensayos “in situ” para determinar ciertas características mecánicas asociadas a cada litología. Por ello, en geotecnia las técnicas de prospección mediante las que no se obtiene muestra o se obtiene totalmente alterada deben ser utilizadas con suma prudencia. Los tipos de equipos de perforación (también conocidas bajo la simple denominación de “sondas”) utilizadas en prospección geotécnica pueden diferenciarse en función del dispositivo tractor al que vayan asociadas: • • •
Un camión Una máquina sobre orugas Sin elemento tractor alguno, denominándose “máquina apeada”.
Si bien es necesario acudir a sondeos a rotación en cuanto la investigación se adentra en roca, si solo se investigan suelos es frecuente la utilización de sondeos solo a percusión. A continuación, se describen unos y otros. 6.1)
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 (toma muestras) 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 toma muestras, 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. Sin embargo, desde el punto de vista económico es un sondeo cuya perforación es lenta y, consecuentemente, tiene un precio caro y poco competitivo. 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. El exacto conocimiento de la energía empleada en la hinca, da una primera información de las características mecánicas del terreno; de ahí la importancia de realizar esta operación en condiciones normalizadas (un útil de uso habitual es una maza: 120 Kg, con altura de caída de 1 m, midiendo el número de golpes necesarios para hincar 20 cm de tubería). Los rendimientos que se pueden esperar varían según los tipos de terrenos, sin embargo, a título orientativo, éstos están comprendidos entre 5 – 15 m/día/turno. 6.2)
SONDEOS A ROTACIÓN
El sondeo a rotación es el procedimiento más extendido para obtener muestra o testigo en cualquier investigación geotécnica. El útil de corte que se emplea para la obtención de muestra de forma continua 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. 7) TIPOS DE PERFORACIONES 7.1)
Perforación con Barrena
Las perforaciones barrenadas manual o mecánicamente son también un medio barato de exploración del subsuelo en tipos de suelo favorables, pero los suelos deben tener la cohesión suficiente para que las paredes de la excavación puedan permanecer sin soporte y no existir guijarros, pedregones o cualquier otra obstrucción que impida la rotación de la barrena. Si se hace cuidadosamente, la barrena es el menos molesto de los métodos de perforación. Las barrenas de vuelo de gusano (worm flight auger), en las cuales los cortes del suelo se llevan a la superficie mediante una hélice en movimiento continuo, ¡se pueden usar para las obras de investigación del terreno si se las provee de un tubo central hueco en el cual se adapta el tubo de muestreo o e! medidor in situ.
La perforación con barrena es el método más simple de efectuar sondeos de exploración. La figura muestra dos tipos de barrenas manuales: la barrena de agujeros para postes y la barrena helicoidal. Las manuales no deben usarse para excavaciones de más de 3 a 5 m (10-16 pies). Sin embargo, se usan para exploraciones de suelos en algunas carreteras y en estructuras pequeñas. Existen barrenas helicoidales eléctricas manuales (76.2 mm a 304.8 mm de diámetro) adecuadas para perforaciones más profundas. Las muestras de suelo obtenidas en tales perforaciones están sumamente alteradas. En algunos suelos no cohesivos o con baja cohesión, las paredes de los barrenos no son estables por sí mismas. En tales circunstancias, un tubo metálico se usa como ademe para impedir que el suelo se derrumbe.
Cuando se dispone de energía eléctrica, las barrenas de perforación continua son probablemente las más idóneas. La energía para efectuar el trabajo se suministra desde torres de perforación montadas en camión o en tractor. De esta manera se efectúan fácilmente barrenos de hasta 60-70 m (200-230 pies) de profundidad. Las barrenas de perforación continua existen en secciones de aproximadamente 1-2 m (3-6 pies) y son huecas o sólidas. Algunas de las barrenas sólidas comúnmente usadas tienen diámetros exteriores de 66.68 mm (25/8 pulg), 82.55 mm (31/4 pulg), 101.6 mm (4 pulg) y 114.3 mm (4 1/2 pulg). Las barrenas huecas comercialmente comunes tienen dimensiones de 63.5 mm de DI (diámetro interior) y 158.75 mm de DE (diámetro exterior) (2.5 x 6.25 pulg), 69.85 mm de DI y 177.8 DE (2.75 x 7 pulg), 76.2 mm de DI y 203.2 de DE (3 x 8 pulg) y 82.55 mm de DI y 228.6 de DE (3.25 x 9 pulg). La punta de la barrena se conecta a una cabeza cortadora. Durante la perforación sección tras sección de barrena puede agregarse para aumentar la profundidad de la excavación. La hélice de la barrena lleva el suelo suelto desde el fondo del agujero a la superficie. El perforista puede detectar cambios en el tipo de suelo si nota variaciones en la velocidad y sonido del taladro. Cuando se usan barrenas sólidas, éstas deben retirarse a intervalos regulares para obtener muestras del suelo y también para efectuar otras operaciones como la prueba de penetración estándar. Las barrenas huecas tienen una clara ventaja sobre las sólidas ya que ellas no tienen que ser retiradas frecuentemente para efectuar muestreos u otras pruebas. Como muestra esquemáticamente la figura, el exterior de la barrena hueca actúa como ademe. Un obturador o tapón removible está unido al fondo de la barrena por medio de un vástago central. Durante la perforación, el obturador puede ser extraído junto con la barrena y pueden entonces llevarse a cabo el muestreo y las pruebas de penetración estándar. Cuando se usan barrenas huecas en suelos arenosos debajo del nivel freático, la arena puede ser empujada varios pies en el tubo de la barrena por el exceso de la presión hidrostática inmediatamente después de la remoción del obturador. En tales
condiciones no debe usarse el obturador. Más bien, el agua dentro del tubo hueco debe mantenerse a un nivel superior al del nivel freático. Las perforaciones con barrenas son eficientes en suelo que no requieran revestimiento para evitar el derrumbe de sus paredes, puesto que, tanto en el sistema manual como en el motorizado, el empleo de tuberías de revestimiento hace incómoda y dispendiosa la perforación. El derrumbe continuo de las paredes de la cavidad y el desprendimiento del suelo del barreno hacen que el método sea prácticamente inaplicable en los suelos no cohesivos bajo el nivel freático. Cuando la secuencia estratigráfica del suelo es tal que a un estrato firme sigue uno blando, es muy frecuente que se pierda la frontera entre ellos o aun la misma presencia del blando, inconveniente muy serio porque puede conducir a apreciaciones inseguras de las propiedades físicas del suelo. Una ventaja propia de las perforaciones con barrenas es la de proporcionar una cavidad seca hasta llegar al nivel freático, lo que permite definir la profundidad de dicho nivel con mucha precisión. Además, facilitan el reconocimiento visual de los cambios en la composición del suelo. 7.2)
Perforaciones por el método de lavado
El sondeo de lavado es otro método de efectuar perforaciones. En éste, un ademe de aproximadamente 2-3 m (6-10 pies) de largo se hinca en el terreno. El suelo dentro del ademe se retira entonces por medio de un trépano cortante unido a un vástago perforador. El agua es inyectada a través del vástago perforador y sale a muy alta velocidad por los agujeros en el fondo del trépano (ver figura). El agua y las partículas desmenuzadas del suelo ascienden por el agujero taladrado y fluye en la parte superior del ademado a través de una conexión en T. El agua de lavado se recoge en un recipiente. El ademe puede extenderse con partes adicionales según avanza el barrenado; sin embargo, no se requiere si el barreno permanece abierto y no se derrumba. La prueba de "lavado" es un método sencillo para determinar la profundidad de una interfase entre el suelo blando o suelto y una capa firme o compacta. Se trabaja hacia arriba y hacia abajo con tuberías de lavado que envían agua a alta presión en un pozo sin revestimiento. No hay posibilidad de identificación del suelo ya que el agua generalmente no regresa. Es difícil, en muchos casos imposible, obtener muestras "secas". Sin embargo, si se dispone de agua suficiente y el suelo no contiene grandes formaciones de
guijarros o pedregones, este método constituye una forma rápida y barata de establecer el nivel de un estrato bien definido que puede ser reconocido "al tacto" por los tubos de lavado a medida que van de arriba a abajo. Las pruebas de "lavado" se deben correlacionar con perforaciones realizadas mediante métodos más exactos, y cuando las perforaciones están muy espaciadas, las pruebas de "lavado" deben verse como dalos complementarios. Son un método conveniente de rápida exploración subterránea en obras fluviales o marítimas; para investigar, por ejemplo, la profundidad en que se encuentran capas de arena o lodo sobre la roca en un proyecto de pilotaje o dragado. En la perforación "lavada" (ver figura) el suelo se desprende y se remueve de la perforación con una corriente de agua o taladrando el lodo en el borde inferior del tubo de lavado, el cual es movido de arriba a abajo o rotado manualmente dentro de la excavación. El agua o lodo llevan parte del suelo hasta el espacio anular entre el tubo de lavado y el revestimiento o ademe, y fluye hasta el nivel de la superficie, donde el material en suspensión se deja sedimentar en un tanque y el fluido es recirculado o desprovisto de los desechos según se requiera. Estas muestras de suelo sedimentado en el exterior se pueden usar para propósitos de identificación, pero el proceso es con frecuencia poco confiable ya que los cortes se mezclan a medida que fluyen por la perforación y en el tanque de asentamiento. Sin embargo, se puede obtener una identificación fiel si se sacan muestras "secas" en tubos sin alteración (véase sección 1.4.2) o tubos de muestras slitspoon (véase sección 1.4.4). La perforación "lavada" tiene la ventaja de que la estructura o la densidad del suelo debajo del fondo de la excavación no se altera por el empuje de las herramientas de perforación, aunque este método no se puede usar en áreas extensas de grava o en suelos con pedregones. Es mas adecuado para arenas uniformes o arcillas. Se usa una gran variedad de herramientas para acomodar el final del tubo de lavado según los diferentes tipos de suelo. El uso de lodo en lugar de agua permite que la excavación permanezca descubierta.
Este procedimiento de perforación permite un rápido avance en prácticamente todo tipo de depósito de suelo, salvo en los estratos excepcionalmente duros o compactos, en donde el avance puede volverse muy lento. Para detectar los cambios de estrato y disponer la toma de muestras, el técnico perforador debe observar permanentemente el
color y la apariencia de la mezcla de agua y suelo que llega a la superficie; un técnico con suficiente experiencia detecta (“siente”) los cambios de las características de los materiales, en las variaciones del comportamiento de la tubería de lavado cuando la barrena desintegra y remueve el suelo del fondo; y los relaciona con la apariencia y el color del agua de lavado. Cada vez que aparezca un cambio notorio, debe suspenderse el agua de lavado, extraerse la tubería y reemplazarse la barrena picadora por un tomamuestras. Vuelve a insertarse la tubería de lavado y se procede al muestreo cuyo detalle se describirá más adelante. Deben tomarse muestras representativas al menos cada 1.50 m, o en todos los cambios de las características del suelo. Es peligroso apartarse de esta forma de proceder, puesto que ello puede conducir a serios errores de interpretación relativos a las condiciones del subsuelo. La presencia de estratos de arcilla localizados entre estratos de arena podría pasar inadvertida, aun si se llevara a cabo conscientemente el muestreo. 7.3)
Perforación Rotatoria
La perforación rotatoria es un procedimiento en el cual trépanos rotatorios de perforación unidos al fondo de las varillas perforadoras cortan y muelen el suelo y profundizan el barreno. Existen varios tipos de trépanos perforadores. La perforación rotatoria se usa en arena, arcilla y roca (a menos que ésta esté muy fisurada). El agua o lodo de perforación se inyecta a presión hacia abajo por las barras de perforación hasta los trépanos y el flujo de retorno lleva los recortes a la superficie. Con este procedimiento se logran fácilmente barrenos con diámetros de entre 50.8 a 203.2 mm (2-8 pulg). El lodo de perforación es una mezcla de agua y bentonita. Generalmente se usa cuando resulta probable que el suelo encontrado se desmorone. Cuando se requieren muestras de suelo, la barra perforadora se eleva y el trépano se reemplaza por un tubo muestreador. El procedimiento de perforación por rotación es el de mayor aceptación para perforaciones de variada finalidad en roca y materiales duros, y en una extensa gama de profundidades y diámetros. Permite obtener muestras continuas, y la velocidad de avance es mayor que la obtenida con cualquier otro método. Sin embargo, su empleo no es aconsejable o se vuelve lento en depósitos que contengan gravas de gran tamaño, fragmentos de roca y cantos en matriz de mala cementación; o en rocas muy fisuradas o cavernosas. En algunos de estos casos problemáticos se recurre a operaciones de cementado de la cavidad, para fijar elementos sueltos, y posterior perforación. Este procedimiento
suministra información muy útil para definir, en cada caso particular, el método de excavación más conveniente. Por ejemplo, ayuda a establecer los límites entre materiales que pueden ser excavados con equipos y métodos corrientes y aquellos que requieren el uso de explosivos. Igualmente, permite definir con seguridad la profundidad del manto base de roca, así como los niveles de perfil de meteorización. Los equipos y herramientas de este procedimiento son más robustos y técnicamente perfeccionados y por consiguiente más costosos que los utilizados en la perforación por lavado. Además, la técnica de perforación se hace más compleja y especializada, razón por la cual, aun en los diámetros corrientes, el precio del metro lineal de perforación es dos a cinco veces el correspondiente al del método del lavado.
El equipo de penetración dinámica o estática de cono se usa para determinar las características y estratificación de depósitos del suelo al medir el numero de golpes necesarios para llevar un cono a una posición fijada previamente (prueba de penetración dinámica de cono) o la fuerza que se requiere para empujar el cono dentro del suelo hasta profundidades incrementadas progresivamente (prueba de penetración estática de cono).
Se obtiene un registro de la resistencia a la penetración en relación con la profundidad a partir del cual es posible, al correlacionarlo con los datos obtenidos en las perforaciones, deducir la estratificación de los suelos. Sin embargo, estos métodos son más valiosos para determinar las características de carga de los suelos mediante medidas directas in situ, y de la manera descrita más adelante. 7.3.1) Perforación Rotatoria por Lavado • • •
• •
7.4)
Las perforaciones rotatorias con lavado son mejores para sondeos por debajo del nivel del agua. Pueden alcanzar profundidades superiores a 100 metros. Puntas: o De corte para arcillas. o Rotatorias para arenas. o Punta de diamante para rocas. En los sondeos rotatorios la perforación se estabiliza utilizando un revestimiento metálico o un lodo o fluido viscoso. Los fluidos incluyen agua, bentonita, slurry de polímeros o espumas especiales. Los fluidos son recirculados utilizando una piscina en la superficie.
ENSAYO DE PENETRACION ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT) ESTANDAR (SPT)
El ensayo de penetración estándar (SPT), desarrollado por Terzagui a finales de los años 20, es el ensayo in situ más popular y económico para obtener información geotécnica del subsuelo. Se estima que el 85 % a 90 % de los diseños de las cimentaciones convencionales de Norte y Sur América se basan en los valores de N medidos en el SPT
A pesar de que el ensayo se estandarizó desde 1958 como el ASTM D-1586, y que se han venido realizando revisiones periódicamente, las evaluaciones realizadas en Norteamérica indican que son muchas las variables que influyen en los valores de N Entre otras: • • • • •
El tipo y estado de los equipos de perforación La destreza de los operadores El tipo y estado de las cucharas muestreadoras La dimensión y estado del varillaje La forma y tamaño del cabezote z etc..
OBJETIVO: • • • • •
Obtener la medida de la resistencia a la penetración con un muestreador en un suelo no cohesivo. Tomar muestras representativas del suelo. Hallar correlación entre: Hallar correlación entre: El # de golpes, N, medido y la compacidad, El # de golpes, N, medido y la compacidad, ϕ y la resistencia a la comprensión simple por medio y la resistencia a la comprensión simple por medio de tablas o ábacos ya existentes. de tablas o ábacos ya existentes.
Equipo: • • •
Penetrómetro tubo partido Penetrómetro en el barreno utilizado como camisa de revestimiento Varillas para muestreo
• •
Muestreador de tubo partido Martinete de 140lbs. de peso con sistema de caída
PROCEDIMIENTO: •
El ensayo en si consiste en hincar el tubo partido para que penetre 30 cm (1PIE) en el terreno, ayudados de un martillo de 140 lbs de peso y una altura de caída de 75 cm, contabilizándose el número de golpes “N”. • Para efectuar la prueba el Para efectuar la prueba el muestreador muestreador se enrosca al extremo de la tubería de perforación y enrosca al extremo de la tubería de perforación y se baja hasta la profundidad donde se encuentra se baja hasta la profundidad donde se encuentra el manto arena sobre el cual se va hacer la el manto arena sobre el cual se va hacer la prueba. Previamente el fondo del pozo debe prueba. Previamente el fondo del pozo debe haberse limpiado cuidadosamen haberse limpiado cuidadosamente para garantizar te para garantizar que el material no este alterado. que el material no este alterado. • Se coloca el martillo en posición guiado por la Se coloca el martillo en posición guiado por la tubería de perforación, elevándolo con un cable tubería de perforación, elevándolo con un cable accionado manual o mecánicamente, el cual se accionado manual o mecánicamente, el cual se encuentra suspendido del trípode con polea encuentra suspendido del trípode con polea • Se marca el extremo superior de la tubería de Se marca el extremo superior de la tubería de perforación en tres partes, cada una de 15 perforación en tres partes, cada una de 15 cm para la posterior observación del avance del para la posterior observación del avance del muestreador muestreador bajo el impacto del martillo. bajo el impacto del martillo. • Se deja caer el martillo sobre el cabezote de la tubería de perforación y se contabiliza el número de tubería de perforación y se contabiliza el número de golpes aplicado con la altura de caída especificada, golpes aplicado con la altura de caída especificada, para cada uno de los segmentos de 15cm para cada uno de los segmentos de 15cm marcados. No se tienen en cuenta los golpes para el marcados. No se tienen en cuenta los golpes para el primer segmento puesto que es el de penetración primer segmento puesto que es el de penetración inicial al terreno. Se suman los golpes aplicados inicial al terreno. Se suman los golpes aplicados para que penetre el tubo en el segundo y tercer para que penetre el tubo en el segundo y tercer segmento, obteniéndose así el valor de “N”. segmento, obteniéndose así el valor de “N”. • Se lleva a la superficie el Se lleva a la superficie el muestreador muestreador y se abre; y se abre; debe registrarse la longitud de la muestra debe registrarse la longitud de la muestra recobrada, su peso y describir sus características en recobrada, su peso y describir sus características en cuanto a color, uniformidad etc. cuanto a color, uniformidad etc. • Repítase los pasos anteriores cuantas veces sea necesario para determinar la variación de los parámetros de resistencia con la profundidad o con el número de estratos. • Debe tenerse en cuenta lo siguiente:
•
El ensayo es aplicable solo a suelos arenosos. El ensayo es aplicable solo a suelos arenosos. • Si en un manto de arena existen Si en un manto de arena existen bajos contenido grava, tan bajos contenido grava, tan solo una de ellas puede invalidar el ensayo. solo una de ellas puede invalidar el ensayo. • En arenas muy finas situadas bajo el nivel freático el valor de En arenas muy finas situadas bajo el nivel freático el valor de ”N” debe corregirse pues resultaría mayor que el dado por una ”N” debe corregirse pues resultaría mayor que el dado por una arena seca, debido a la baja permeabilidad de ésta, que arena seca, debido a la baja permeabilidad de ésta, que impide que el agua emigre a través de los huecos al producirse impide que el agua emigre a través de los huecos al producirse el impacto. Empíricamente se ha encontrado que en estos el impacto. Empíricamente se ha encontrado que en estos casos el valor de N puede corregirse mediante la siguiente casos el valor de N puede corregirse mediante la siguiente expresión aplicable cuando la penetración sea mayor de 15 expresión aplicable cuando la penetración sea mayor de 15 golpes en arenas finas y saturadas. golpes en arenas finas y saturadas. 7.5)
PERFORACIÓN CON HÉLICE
Las barrenas helicoidales pueden utilizarse en terrenos de consistencia blanda a media y no cementados.
Las barrenas helicoidales pueden ser de varios tipos: • •
Con cabeza helicoidal exclusivamente. Con ellos se realizan agujeros de gran diámetro. Este procedimiento es usual en pilotajes, fijación de postes y plantaciones. Con barrena continua: puede ser normal o hueca. La barrena continua consta de una serie de barrenas que se empalman sucesivamente. Se emplea para realizar
sondeos más pequeños. La perforación debe realizarse a pocas revoluciones y conviene subir y bajar la hélice para facilitar la evacuación dedetritus. En el caso de la hueca, ésta se emplea en formaciones poco consolidadas en las que la propia barrena hace de camisa y evita el hundimiento de las paredes del sondeo. El tren de varillas y la cabeza pueden retirarse y en su lugar introducir un tomamuestras. 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.
AUGERS HUECOS AUGERS HUECOS • • •
Son barrenos continuos los cuales se unen en tramos de 1.5 metros. El hueco cilíndrico dentro del auger permite el muestreo de suelo sin retirar el auger. El Auger actúa como revestimiento para permitir el muestreo.
Augers huecos (HSA) 7.6)
Durante la perforación se penetra un muestreador interno. El diámetro externo varia de 6-9 pulgadas. Generalmente se limitan a profundidades de 30 metros. No deben usarse en limos y arenas sueltas por debajo del nivel freático. 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. El cuerpo de la corona es de acero y en el borde cortante se incrustan prismas de widia (carburo de wolframio con un 10% de cobalto para darle resistencia al choque). 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. Las coronas diamantadas tienen un cuerpo de acero que está unido a la matriz. Esta matriz es una aleación metálica que contiene los diamantes, está compuesta por polvo de carburo de wolframio y bronce con pequeñas cantidades de otros metales. Según el tamaño de los diamantes existen dos tipos fundamentales de corona diamantada: Concreción: El tamaño oscila entre 80 y 1000 p.p.q. Inserción: El tamaño de los diamantes oscila entre 10 y 80 p.p.q.
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. Los tubos sencillos se denominan con la letra B seguida del diámetro exterior en mm y los tubos dobles giratorios con la letra T seguida del diámetro exterior. El diámetro exterior de las coronas de las baterías sencillas oscila entre 36 y 146 mm (B-36 a B-146) y el de las coronas de los tubos dobles giratorios entre 36 y 101 mm (T-36 a T101). La tubería de revestimiento o camisa se introduce en el sondeo para contener hundimientos o cortar fugas de agua (si no se perfora en seco), son de tipo telescópico y permiten el paso del tubo testigo para continuar la perforación. Están normalizadas y su diámetro exterior oscila entre 143 y 54 mm.
