PEMEX 2.0111.02 Exploración y Muestreo de Suelos para Proyectos de cimentaciones. 2da Parte

SUBDIRECCION DE TECNOLOGIA Y DESARROLLO PROFESIONAL UNIDAD DE NORMATIVIDAD TECNICA

ESPECIFICACION TECNICA PARA PROYECTOS DE OBRA.

EXPLORACION Y MUESTREO DE SUELOS PARA PROYECTO DE CIMENTACIONES (SEGUNDA PARTE)

(SAMPLING EXPLORATION SOILS FOR FOUNDATION PROJETS) (SECOND PART)

P.2.0111.02 PRIMERA EDICION NOVIEMBRE, 2000

EXPLORACIÓN Y MUESTREO DE SUELOS PARA PROYECTOS DE CIMENTACIÓN (SEGUNDA PARTE) Primera Edición

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PREFACIO Pemex Exploración y Producción (PEP) en cumplimiento del decreto por el que se reforman; adicionan y derogan diversas disposiciones de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, publicado en el Diario Oficial de la Federación de fecha 20 de mayo de 1997 y acorde con el Programa de Modernización de la Administración Pública Federal 1995 - 2000, así como con la facultad que le confiere la Ley de Adquisiciones; Arrendamien tos y Servicios del Sector Publico la Ley de Obras Publicas y servicios Relacionados con las Mismas y la Sección 4 de las Reglas Generales para la contratación y Ejecución de Obras Publicas y de Servicios Relacionados con las Mismas, expide la presente especificación la cual aplica a la exploración y muestreo de suelos para proyecto de cimentacione s. Esta especificación se elaboró tomando como base la primera edición de la norma No. 4.111.01, emitida en 19 76 por Petróleo s Mexicanos, de la q ue se llevó a cab o su revisión, ade cuación y actualización , a fin de adaptarla a los requerimie ntos de Pemex Exploración y Producción. En la elaboración de esta especificación participaron: Subdirección de Región Norte Subdirección de Región Sur Subdirección de Región Marina Noreste Subdirección de Región Marina Suroeste Dirección Ejecutiva del Proyecto Cantarell Subdirección de Perforación y Mantenimiento de Pozos Coordinación Ejecutiva de Estrategias de Exploración Auditoría de Seguridad Industrial y Protección Ambiental Subdirección de Planeación Subdirección de Administración y Finanzas Subdirección de Tecnología y Desarrollo Profesional Unidad de Normatividad Técnica

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INDICE DE CONTENIDO SEGUNDA PARTE Página 0. 1. 2.

Introducción.................................................................... Objetivo.... .................... ....................... .................... ....... Al cance...........................................................................

3 3 3

3. 4. 5. 6. 6.1 6.2 6.3 7. 7.1 7.2 7.3 8. 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4

A ctualización................................................................... Campo de aplicación....................................................... R eferencias..................................................................... Pruebas de campo.......................................................... Pruebas de veleta........................................................... Prueba de permeabilidad Lefranc.................................... Prueba de permeabilidad Nasberg................................... Supervisión en campo..................................................... Objetivo de la supervisión... ..................... ...................... . Organizació n del trabajo..... ................... .................... ..... Desarrollo de la exploración............................................ Métodos y equipo de perforación ................ .................... Pozos a cielo abierto....................................................... Perforación por lavado.................................................... Perforación a rotación en seco........................................ Perforación a rotación con agua o lodo......... ..................

3 3 3 3 3 5 9 10 10 10 11 11 11 12 12 12

8.1.5 8.1.6 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 8.3 8.4 9. 10. 11.

Perforación de mixta............................................................ Perforación rocas....................................................... Lodos de perforación ................. ................... .................. Antecedentes.................................................................. Tipos de lodos...... ...................... ...................... .............. Propiedades físicas y controles de campo....................... Preparación del lodo........ ....................... ....................... . Clasificación y descripción de suelos y rocas............. ..... Registros tipo de los trabajos de campo.......................... Bibliografía...................................................................... Concordancia con normas internacionales....................... Tablas.............................................................................

12 13 17 17 18 18 21 21 22 23 25 26

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0.

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Introducción.

Unidad de Normatividad Técnica.

Dentro de las principales actividades que se llevan a cabo en Pemex Exploración y Producción (PEP), se encuentran el diseño, construcción, operación y mantenimiento de las instalaciones para extracción, recolección, procesamiento primario, almacenamiento, medición y transporte de

Dirección: Bahía de Ballenas # 5, 9° piso. Col. Verónica Anzures, México, D.F. C.P. 11300.

hidrocarburos, así requeridos como la para adquisición de materiales y equipos cumplir con eficiencia y eficacia los objetivos de la Empresa. En vista de esto, es necesaria la participación de las diversas disciplinas de la Ingeniería, lo que involucra diferencia de criterios.

Fax: 3-26-54 E-mail: [email protected]

Con el objeto de unificar criterios, aprovechar las experiencias dispersas, y conjuntar resultados de las investigaciones nacionales e internacionales, Pemex Exploración y Producción emite a través de la Unidad de Normatividad Técnica, esta especificación con el objeto de que sea utilizada, para exploración y muestreo de suelo para proyectos de cimentación (segunda parte).

Este documento aplica en todas las áreas de ingeniería civil de Pemex Exploración y Producción.

1.

Objetivo.

Alcance.

Esta especificación establece la secuencia que debe seguirse en la exploración y muestreo de suelos para proyectos de cimentaciones.

3.

Conmutador 57-22-25-00, ext. 3-80-80.

4.

5.

Actualización.

A las personas e instituciones que hagan uso de este documento normativo técnico, se solicita comuniquen por escrito las observaciones que estimen pertinentes, dirigiendo su correspondencia a: Pemex Exploración y Producción.

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Campo de aplicación.

Referencias.

No aplica.

6.

Esta especificación tiene en lo objetivo establecer los procedimientos de campo para las pruebas de laboratorio de las muestras tomadas en los suelos para los proyectos de cimentaciones en Pemex Exploración y Producción.

2.

Teléfono directo: 55-45-20-35

Pruebas de campo.

Las pruebas de campo permiten determinar in situ propiedades mecánicas e hidráulicas de los suelos. Las técnicas disponibles en este campo de la geotecnia están poco difundidas por la necesidad de emplear equipo y personal especializado; esto limita su aplicación y con ello la adquisición de mayor experiencia que haga más valioso estos métodos. Se describen en esta especificación únicamente las pruebas de veleta y las de permeabilidad Lefranc y Nasberg, porque son las mas frecuentemente realizadas; existen otros tipos de pruebas como las hechas con el presiómetro Menard, el gato Goodman, placas y otras más especializadas que en algunos casos deben considerarse en la planeación de la exploración geotécnica.

6.1

Prueba de veleta.

Generalidades. La prueba de veleta sirve para medir la resistencia al corte del suelo en el estado natural o remoldeado. La veleta es esencialmente una varilla de acero con cuatro placas verticales delgadas también de acero, que se hinca en el


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suelo y que al girar genera una superficie de falla cilíndrica; dispone de un mecanismo para la medición del par necesario para producir la falla, que puede ser tan simple como una llave de torsión calibrada. Para eliminar la influencia de la fricción entre las barras de torsión y las paredes de la perforación se han desarrollado mecanismos de medición del par cerca de la veleta, dentro de la perforación (ref. 18 a 20). El campo de aplicación de las veletas ha sido tradicionalmente los suelos cohesivos blandos pero se han desarrollado diseños de veletas que permiten ahora realizar pruebas de suelos cohesivos duros. Las ventajas principales de las pruebas de veleta son la rapidez y la economía con que se puede obtener información; las limitaciones más importantes son la falta de correlaciones confiables y que la prueba genera un proceso de falla progresiva. Características. Se describen la veleta convencional utilizable en los suelos blandos y la veleta para suelos duros. La veleta convencional está formada por cuatro navajas de acero montadas en una varilla también de acero (fig. 49),

La veleta para suelos duros está constituida por una corona de ocho navajas radiales de 1 cm de ancho y 2 cm de altura, montadas en un tubo de 4.1 cm de diámetro con perforaciones laterales que permiten la salida del agua de azolve. En ambas veletas el momento de torsión se provoca desde la superficie con un mecanismo manual que mide el ángulo de giro; el momento se transmite mediante una columna de barras de acero de 3.49 cm (BW) de diámetro y se mide con una celda sensible, instrumentada con deformímetros eléctricos (strain gages), instalada arriba de la veleta para eliminar de la medición la influencia de la fricción de las barras con las paredes de la perforación. En la fig. 50 se muestran esquemáticamente dos celdas sensibles y sus características más importantes. La descripción detallada de la celda instrumentada de baja capacidad se presenta en la referencia 21. Con veletas convencionales, ésta celda mide resistencias hasta de 1 kg/cm2 y con veletas de suelos duros hasta de 5 kg/cm2 (fig. 50a). La celda sensible de alta capacidad (fig. 50b) puede medir, con veletas para está instrumentada con cuatro deformímetros eléctricos. (ref. 22).

D

Procedimiento de operación. La operación de ambas veletas es similar: se hinca la veleta que quede en la zona no alterada por la perforación; la veleta convencional se hinca 30 cm y la de los suelos duros 5 cm. la fuerza necesaria para el hincado de la veleta se aplica con el sistema de gatos hidráulicos de la máquina perforadora usada para hacer el sondeo. En la fig. 51 se muestra esquemáticamente la preparación de la prueba.

H

H mínimo = 5 cm H máximo = 20 cm.

Fig. 49 Veleta Convencional SV=

transversal de la zona de falla debe ser igual o menor que 6.5%.

K L 108.23

la altura H de la veleta varía generalmente entre 5 y 20 cm. Las navajas son delgadas y afiladas para que alteren lo menos posible al suelo, la relación entre el área transversal de la veleta y el área

4/45

La etapa de falla se hace con una velocidad de rotación de 4 a 6 grados por minuto, la falla se alcanza entre 3 y 10 minutos generalmente. Una vez alcanzada la falla se gira la veleta a una velocidad mayor durante un minuto, generalmente 200 grados por minuto, para remoldear el material, y después se reanuda la prueba a la misma velocidad anterior para definir la resistencia remoldeada. Concluida una prueba, si es posible; se hinca la veleta hasta otra profundidad y se repite la prueba; si no es posible hincar la veleta


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se saca, se avanza la perforación y se coloca nuevamente la veleta. Estos aparatos deben calibrarse con frecuencia y la prueba debe hacerse con el mismo factor de celda G (gauge factor de las celdas SR4) adoptado en la calibración para que las constantes de calibración (K) se repitan. En el capitulo 8 se incluyen un registro tipo para estas pruebas de veleta. Interpretación de la prueba. Las pruebas realizadas con veletas convencionales se interpretan considerando una distribución de esfuerzos uniforme en el área lateral del cilindro de corte y triangular en las caras del cilindro (fig. 52); esta hipótesis conduce a la siguiente expresión para la resistencia al corte (Sy): Sy =

KL

3.66D3

Donde: K = constante de calibración ∆L = deformación de la celda sensible

D = diámetro de la veleta Las pruebas realizadas con veletas para suelos duros se interpretan aceptando que la superficie de falla queda definida por el perímetro exterior de la veleta (fig. 52); esta hipótesis se ha confirmado tomando muestras después de realizar algunas pruebas para observar la superficie de corte desarrollada. Aceptando que la resistencia al corte del suelo (Sy) es uniforme, se obtiene la expresión: donde: K = constante de calibración ∆L = deformación de la celda sensible Con los datos de la prueba se hace una gráfica tiempo vs resistencia al corte (fig. 53) y de ella se determina la resistencia máxima y la resistencia remoldeada. La sensibilidad del suelo se puede calcular con:

5/45

S=

6.2

resistencia máxima resistencia remoldeada

Prueba de permeabilidad Lefranc.

Generalidades. Esta prueba permite determinar la permeabilidad local de suelos y rocas muy fracturadas localizados abajo del nivel freático. Para de la permeabilidad de rocas sanas lala medición prueba Lugeon es más apropiada (ref. 11, 13, 23) sobre todo en la exploración para boquillas de presas. Para la determinación de la permeabilidad en zonas grandes se utilizan las pruebas de bombeo (ref. 11 y 13). La prueba Lefranc consiste en inyectar o extraer agua de una perforación con una carga hidráulica pequeña y medir el gasto correspondiente; la carga puede ser constante o variable según el tipo de suelo; en general en suelos permeables ( k > 10-4 cm/seg) como arenas y gravas la prueba se hace de inyección y carga constante y en suelos poco permeables ( k < 10-4 cm/seg) como arenas finas, limos y arcillas se hace la prueba de extracción con carga variable. Equipo. El equipo necesario para la prueba de inyección se muestra en la fig. 54, está integrado con: a) un tanque para suministrar un gasto constante, b) un tanque de volumen conocido para medir el gasto, c) tubería de conducción, d) una sonda eléctrica para determinar la posición del nivel del agua, e) ademe metálico N en caso de no haberse usado en la perforación y f) un cono con una válvula de tres vías que permite el paso del agua a la conducción y la medición del gasto usando el tanque de volumen conocido; puede usarse un tubo Venturi para medir el gasto. El equipo para la prueba de bombeo o extracción es todavía más simple, esta compuesto por a) un tubo metálico cerrado en el fondo con el que se extrae agua de la perforación bajándolo con un cable b) una sonda eléctrica para determinar la variación del nivel dentro de la perforación y c) ademe metálico en caso de no haberse usado en la perforación.


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1

1 2

2

3

4

5

Cable conductor Conector

3

Sello

4

Elemento sensible

5

Baleros

6

Veleta

Celda de baja capacidad 14 kg

2 Celda de alta capacidad

Peso

2 kg

4

Deformímetro eléctrico

Elemento sensible

Deformímetro eléctrico

450 kg.cm

Momento máximo

1400 kg.cm

1 kg/cm2

Resistencia máxima

13 kg/cm2

1.8 kg cm

Sensibilidad

2.8 kg cm

100 m

Prof. máx. de oper.

70 m

EW

Barras de

6.5 %

Relación de áreas

operación

6

12 %

(b)

6

(a)

EW

Fig. 50 Celdas sensibles para la medición de la resistencia al corte IN SITU. a) Suelos blandos

Aparato indicador

Mm

SV=

Cable conductor

Π

D2 ( 2H + D6)

para H = 2D y Mm = KAL

H

Mecanismo de giro

S= 30 cm

Barras EW Cable Aparato

SV=

Mm 2 π h R2 + 2 π R3 3

S=

K ∆L 3.66 D3

R Celda instrumentada

calibración

AL = lectura del indicador duros

H Superficie de

Fig. 51 Prueba d e veleta

---

K = constante de

5 cm b) Suelos



b) Suelos duros

a) Suelos blandos r

Veleta

---

K = constante decalibració n AL = lectura del indicador

D indicador

K ∆L 3.66 D 3

falla

Fig. 52 Interpretación prueba de veleta

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un recipiente de tubo, cerrado en la parte inferior, para abatir el nivel del agua (fig.55) y se determina la posición del nivel del agua dentro del ademe a diferencia de tiempos para poder hacer la gráfica recuperación-tiempo. La medición del nivel del agua dentro del ademe se hace respecto a la parte superior del mismo.

Sv (kg/cm2)

200º/min 4º/min

4º/min 10

Interpretación. La interpretación de estas pruebas

5

se hace basándose Ley de Darcy para las condiciones de flujo yen la la frontera impuesta en cada caso.

Svmáx Sv remoldeado

0 10

20

30

40

T (min.)

Fig. 53 Gráfica de una prueba de veleta en suelo duro

Alim entaci ón

Depósito del nivel constante

Dispositivo de gasto constante

Rebosadero

N

Procedimiento de la operación. En ambas pruebas una vez instalado el equipo se coloca la parte inferior del ademe a una distancia L del fondo de perforación que debe haber sido hecha sin lodo; esta distancia será nula para obtener la permeabilidad local vertical y 40 cm para obtener la permeabilidad local horizontal, luego se mide la profundidad del nivel freatico (Ho) respecto a la parte superior del ademe. En la prueba de inyección se llena el tanque y se abre la válvula de aguja y la de tres vías para introducir un gasto constante en la perforación; se mide con la sonda eléctrica la variación del nivel de agua en la perforación (H1) con el tiempo respecto a la parte superior del ademe y se anota en la hoja de registro (capítulo 8), cuando se haya estabilizado el nivel por 10 minutos se tendrá el valor de la profundidad (H1) para el gasto (q1) que se mide haciendo pasar el agua al recipiente de volumen conocido (V) y tomando el tiempo (t) que tarde en llenarse. Estos datos se anotan también en el registro.

1.- Válvula de agua para regular el gasto inyectado 2.- Valvula de tres vias Sonda eléctrica

Recipiente de medición del gasto

Hi

Tubo delgado

Ho Ademe me tálico N Nivel estable N.F.

hi

H

L D

Una vez medido el gasto se hace pasar el agua nuevamente a la perforación mediante la válvula de tres vías y se abre mas la válvula de aguja para incrementar el gasto. Se hacen varias pruebas, generalmente cuatro, que se pueden realizar en unas dos horas, en la prueba de extracción se determina la posición del nivel freático como en el caso anterior y se saca agua de la perforación con

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Fig. 54 Disposición del equipo para la prueba Lefranc de inyección con carga constante.


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k = coeficiente de permeabilidad m/seg q1 = gasto constante inyectado m3/seg Ho

H1

c = coeficiente de forma (tabla 12). M h1 = carga hidráulica, m m = pendiente de la recta (fig.57)

h1

L

q (m3/seg) m

D

l

Fig. 55 Prueba Lefranc de extracción con carga variable. q2

h (m)

En la prueba de carga constante se obtiene la gráfica cargas-gasto. Las cargas (h1) se calculan con la expresión:

h2

Fig. 56 Gráfica típica de una prueba Lefranc de carga constante.

h1 = Ho – H1

La relación L/D, figuras 54 y 55, define la forma aproximada de la cavidad en que se genera el flujo y con ello el valor del coeficiente c (tabla 12), también define si la permeabilidad calculada corresponde a la vertical, horizontal o promedio.

donde: h1 = carga hidráulica para un gasto q1, metros Ho = posición inicial del nivel freático respecto a la parte superior del ademe, metros H1 = posición estable del nivel de agua dentro del ademe para un gasto q1, metros y el gasto correspondiente para la profundidad estable H1, se calcula con: V q1 = t 1

De la prueba de carga variable se obtiene la gráfica de recuperaciones-tiempo (fig. 58). Las recuperaciones (hi) para cada tiempo se calculan de igual forma que en el caso anterior. (hi = Hi–Ho) El coeficiente de permeabilidad se calcula con la expresión: π D k = 4c (t2 – t1)

donde: q1 = es el gasto constante para la profundidad estable H1 m3/seg V=

volumen del recipiente, m3

t1 =

tiempo que tarda en llenarse, seg

k=

q1 ch1 =

m c

8/45

= coeficiente de permeabilidad, m/seg

h1, h2 = recuperaciones en los tiempos t1 y t2, en metros t1, t2 = tiempos en que fueron hechas las mediciones para determinar h1 y h2, seg loge c

donde

h2 h1

donde: k

De la gráfica (fig. 56) se puede determinar la permeabilidad aplicando la siguiente expresión:

loge

= logaritmo natural = coeficiente de forma (tabla 12), en metros


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D = diámetro de la perforación, figura 55, en metros

varias determinaciones con diferentes gastos para calcular el promedio de permeabilidad.

Se calculan varios valores de k tomando pares de puntos contiguos de la gráfica recuperación-tiempo y con ellos se obtiene un valor promedio de k.

6.3

Interpretación. La permeabilidad se calcula usando la expresión: 0.423 h12

k1 =

Prueba de permeabilidad Nasberg.

Generalidades. La pruebalocalNasberg permite determinar la permeabilidad en materiales no saturados. Se utiliza en rocas muy fracturadas y suelos; la medición se debe realizar en una perforación que no haya sido hecha con lodo. h (m)

4h1 D

q1 log10

donde: k=1 coeficiente de permeabilidad horizontal, m/seg.

local

h1 =

H1–H = carga hidráulica de equilibrio, metros

q =

gasto constante suministrado, m2/seg

D =

diámetro de la perforación, metros

La fórmula anterior es aplicable para h D

25 <

y el radio (R) de la influencia de la prueba es:

h1 h2 t1

< 100

t2

R=

q k

√

π

Si L < D la permeabilidad determinada es la vertical y si L > 4D será la horizontal.

t

Fig. 57 Gráfica típica de una prueba LEFRANC de carga variable.

Sonda eléctrica

q1

Equipo. El equipo que se requiere es el siguiente: a) sonda eléctrica, b) tubería de conducción, c) ademe N, d) medidor de gastos, que puede ser un tubo Venturi o un dispositivo como el usado en la prueba Lefranc de carga constante y e) tanque para suministro de agua. Procedimiento. Instalado el equipo de manera similar al de la prueba Lefranc se levanta el ademe una distancia L por encima de la base de la perforación (fig. 58) y se determina H0, se suministra agua a la perforación con un gasto constante, midiendo el nivel del agua dentro de la perforación; se anota en la hoja de registro (capítulo 8) la variación del nivel del agua durante 10 minutos se tendrá la profundidad de equilibrio (Hi) para el gasto suministrado (qi). Se hacen

9/45

H2

Ademe

Ho

hi L

D

Fig. 58 Prueba de permeabilidad Nasberg.


7.

Supervisión de campo.

7.1

Objetivo de la supervisión.

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Los trabajos de campo de un estudio geotécnico se deben realizar bajo la supervisión de un ingeniero supervisor, el cual se encarga de la dirección del trabajo, de vigilar que los equipos y técnicas de exploración sean los adecuados y de recopilar toda la información que se genere. El propósito fundamental de la supervisión es que el ingeniero decida selectivamente cuando y con que muestreador obtener muestras para definir la estratigrafia y obtener especímenes para las pruebas de laboratorio. No se debe relegar en el operador la obligación de tomar decisiones técnicas y de recopilar la información. Comparativamente, el muestreo selectivo es más eficiente y económico que el muestreo continuo y adicionalmente se tiene la ventaja con aquel de que al obtener solo las muestras necesarias, su número sea considerablemente menor simplificando su transporte y conservación.

7.2

Organización del trabajo.

La brigada de campo debe estar constituida por el operador con uno o dos ayudantes y el ingeniero

b) definir la frecuencia con que se deben tomar las muestras; en general el muestreo debe ser casi continuo los primeros metros y en los estratos poco uniformes y que se consideren problemáticos y reducirá el numero de muestras en estratos mas uniformes. c) clasificar los suelos y rocas con los criterios del capítulo 8. d) en base a la clasificación de las muestras y de la observación del proceso de perforación, elaborar el corte estratigrafico preliminar del sondeo que permitirá interpretar la estratigrafia local y los posibles problemas del subsuelo, ver la tabla 14. e) controlar el manejo cuidadosamente, la protección y la conservación de las muestras. f) recopilar minuciosamente la generada del capítulo 8.

información

El operador debe ser un técnico con experiencia en perforación y muestreo de suelos y rocas, y tener conocimientos básicos de mecánica; sus actividades son:

supervisor (fig. 59)

a) Realizar las maniobras de perforación y muestreo.

La labor del supervisor es exclusivamente la dirección técnica del sondeo; si el trabajo se realiza bajo contrato, el ingeniero supervisor debe ser parte de la organización contratante. La labor del operador es la organización y ejecución del trabajo.

b) Informar al ingeniero supervisor sus observaciones. c) Organizar la integración y movilización del equipo y las actividades de sus ayudantes.

El supervisor debe ser ingeniero civil o geólogo, con conocimientos básicos de mecánica de suelos y procedimientos de muestreo. Su labor se puede resumir en los siguientes puntos: a) decidir que muestreador debe utilizarse en cada etapa de un sondeo, basándose en la información de la tabla 13.

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A los ayudantes se les debe considerar como técnicos de perforación en formación, que colaboran en todas las maniobras del trabajo y que están en constante proceso de entrenamiento.


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INGENIERO CONSULTOR

INGENIERO SUPERVISOR

INGENIERO SUPERVISOR

OPERADOR

OPERADOR

AYUDANTE

AYUDANTE

AYUDANTE

AYUDANTE

BRIGADA

Fig. 59 Organización de campo. 7.3

Desarrollo de la exploración.

El ingeniero supervisor decide, junto con el consultor, el desarrollo de la exploración; en sitios desconocidos es conveniente iniciarla con un sondeo de exploración posiblemente solo con pruebas de penetración estándar y después continuar con sondeos mixtos en que se alterna la obtención de muestras alteradas e inalteradas, tomándolas conforme a su posible comportamiento. Solo en zonas muy uniformes será aceptable que la distribución de muestras alteradas e inalteradas sea solamente en función de la geometría de la zona por explorar. En zonas muy conocidas la supervisión puede simplificarse y reducirse a un mínimo siempre que se tenga completa confianza en la capacidad y habilidad del perforista.

8.

Métodos y equipos de perforación.

La obtención de muestras del subsuelo requiere la realización de perforaciones para introducir los muestreadores hasta la profundidad deseada; las perforaciones se usan también para realizar pruebas in situ de permeabilidad y de veleta o para colocar instrumentos. Generalmente las perforaciones son verticales, ocasionalmente inclinadas y raramente horizontales. Las perforaciones para geotecnia pueden hacerse con máquinas perforadoras obteniéndose perforaciones de diámetro no mayor de 15 cm, o pueden hacerse pozos a cielo abierto con

11/45

maquinaria o manualmente. En la tabla 15 se presenta un resumen de los métodos aplicables a la exploración geotécnica.

8.1.1 Pozos a cielo abierto . Se hace la excavación de preferencia con pico y pala, extrayendo el material cortado con un bote operado con una polea; la excavación debe tener forma cuadrada de 1.5 m de lado, con una profundidad normalmente freático menor de 10 m. Abajo del nivel freático requiere de bombeo con pozos de punta hincados perimetralmente y si la permeabildad es baja, pueden utilizarse bombas centrífugas eléctricas. Si las paredes de la excavación son inestables, se ademarán con madera formando marcos estructurales como se muestra en la fig. 60; el calculo estructural de los marcos se hace con los estados de esfuerzo que se generan según el material en que se hace la excavación. En el caso de que el pozo se realice en arcilla, se puede considerar que la profundidad máxima que se puede excavar sin usar ademe es: 4c Zmax = Ka donde : Zmax=

profundidad máxima de excavación en arcilla, sin ademe, cm

C=

cohesión del material, kg/cm2

Y=

peso volumétrico de la arcilla, kg/cm3

Ka=

coeficiente de empuje activo (Rankine), que se puede deducir de la fig. 62


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8.1.2 Perforación por lavado. Consiste en perforar con una columna de tubos que lleva en la parte inferior un trépano en forma de punta, cincel o cruz con orificios que permiten la salida del fluido de perforación (fig. 63). La acción combinada de percusión y de chiflón permite cortar el material, que es llevado a la superficie por el flujo de perforación, el cual puede ser agua o lodo. El equipo que requiere está integrado con un malacate ligero de cable de acero de 500 kg, con cabeza de fricción para un cable manila; una bomba que desarrolle presión de 5 kg/cm2 y gasto mínimo de 45 lt/min; un tripié; barras, mangueras y trépanos. En la fig. 64 se muestra esquemáticamente la instalación del equipo. Este procedimiento de perforación es aplicable en arenas con pocas gravas y en suelos cohesivos abajo del nivel freático; en suelos inestables se puede utilizar ademe metálico o lodo para mantener las paredes de la perforación. El método de perforación por lavado es el que se usa con mas frecuencia en la exploración de suelos ya que el equipo empleado es ligero y puede transportarse a sitios de difícil acceso.

8.1.3 Perforación a rotación en seco. Consiste en perforar con barras helicoidales, que transportan el material cortado a la superficie mediante la misma hélice. En suelos inestables, desde la superficie se pone lodo en pasta en las barras helicoidales y girando estas en sentido contrario se puede estabilizar la perforación, ya que el lodo suministrado es lanzado por las barras y se enjarra en las paredes. La columna de barras helicoidales, formada por tramos que se unen con pasadores, lleva en la parte inferior un gavilán (ver fig. 65) que permite cortar el material. Existe una variante de estas barras, que es el ademe espiral (fig. 66). Funciona de igual forma que las barras helicoidales pero la columna se forma con tubos que permiten introducir muestreadores penetrómetro el tubo Shelby como o el el tubo rotatorioestándar, dentado. Generalmente en la etapa de perforación, el ademe espiral lleva en el interior una varilla central

12/45

que en su parte interior tiene la cabeza de corte (fig. 67a); al llegar a la profundidad de muestreo se retira la varilla (fig. 67b) y se introduce el muestreador (fig. 67c). El ademe espiral puede usarse con otro procedimiento de operación, que se describe en el método de perforación mixto. Para realizar la perforación se requiere una máquina perforadora para suelos generalmente va montada en un camión; sus características principales se presentan en la tabla 16.

8.1.4 Perforación a rotación con agua o lodo . Consiste en perforar mediante una columna de tubos en cuya parte inferior lleva una broca tricónica o una broca drag (fig. 68). Para enfriar la broca y arrastrar el material cortado a la superficie se inyecta agua o lodo. Se requiere una máquina de perforación para suelos (tabla 16) que generalmente va montada en un camión (fig. 69). Para realizar la operación se aplica carga axial y rotación, inyectando agua o lodo para estabilizar las paredes. Se usa lodo como fluido de perforación en excavaciones sobre el nivel freático; debajo de este nivel de puede usarse de agua lodo según condición estabilidad las oparedes, 7.2. sea la Para suministrar el fluido de perforación a la perforación se utilizan bombas cuyas características principales se anotan en la tabla 17. Para hacer una selección adecuada se recomienda recurrir a las indicaciones del fabricante. El método de rotación con agua o lodo es aplicable a todo tipo de suelo; en los granulares se utilizan lodos densos.

8.1.5 Perforación mixta . Consiste en perforar con el ademe helicoidal, ya descrito, arriba del nivel freático y luego, usando el método de lavado o rotación, por debajo del nivel freático sin retirar el ademe helicoidal, es decir, introduciendo los tubos de perforación y la herramienta de corte una vez que se ha sacado la varilla central con la cabeza de corte del ademe helicoidal. Si la parte de la excavación hecha con lavado o rotación es inestable, se baja el ademe espiral y se prosigue la perforación. Alcanzando el nivel de muestreo se


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saca la herramienta de corte y se introduce en su lugar el muestreador adecuado. Este procedimiento de perforación es el más eficiente. Se requieren, para hacer la perforación, una máquina perforadora para suelos ver la tabla 16 y una bomba ver la tabla 17.

8.1.6 Perforación de rocas . En la exploración geotécnica generalmente no se profundizan las perforaciones en rocas o son de poco espesor, por tanto, es común realizar la perforación y muestreo simultáneamente usando barriles (ver 1ra. parte).

En general para perforar se requieren: -

barras de perforación (fig 70) y cuyas medidas más usuales se anotan en la tabla 18,

-

ademes (fig 71) y cuyas medidas más usuales se anotan en la tabla 19.

En los casos que se use fluido de perforación y rotación se requiere una junta giratoria (fig 72) que permite proveniente de la bomba a conectar las barras la quetubería están girando.

Para revisar la perforación se requieren una bomba (tabla 17) y una máquina de perforación cuya velocidad de rotación sea mayor que la de las usadas en suelos (500-300 rpm).

15 a 25 cm

Larguero

Esquinero

1.5 a 2.0 cm

(Decrementándose con la profundidad)

5 a 7.5 cm 1.50

Esquinero

Lar uero

Tablestacado 1 5 a20c m

15 a 20 cm 1.50

Larguero Tablestacado

Fig. 60 Ademado para un p ozo a cielo abierto.

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Cuñas donde se requieran


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a

a 0.2H

b

a,b,c,d es la distribución de presión.

b

0.6H H

EXCAVACION EN ARCILLA

Cohesión C

H

PH

La forma del diagrama y la m agnitud de las presiones dependen del numero de estabilidad.

PH No=

R

c

c

c 0.2H

d

YH

B A

d

e

σH σH

EXCAVACION EN ARENA a,b,c,d distribución de presión en arena densa PH = (0.64) KA Y H2 cos Y , actuando a 0.5 H de la base del corte a,b,c,d distribución de presión en arena suelta. PH = (0.72)KA Y H2 cos, Y . actuando a 0.48H de la base

PH

2
5
10
.76 H 6´H

.78H6´H

(2.1-.055No) H6´H

H

6’H

Y

-1.5(1+No)C

H

Y

H

-4C

Y

-(8-4No) H

A

.15H

.15H

(3-.015No)H

B

.55H

.55H

(1.1-.55No) H

C

.46H

.46H

.38 H

Fig. 61 Distribución de presiones debidas a excavaciones en arcillas y arenas. Ka 0.7

0.6

0.5

0.4

Ø

Ka

Grados 10 15 20 25 30 35 40 45

0.3

0.2

0.1

0.703 0.589 0.490 0.406 0.333 0.271 0.217 0.171

0.0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45 Ф (Grados)

Fig. 62 Coeficientes Ka.

14/45

20
Y

O O .33H


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a)

b)

c)

d) a) Punta (suelos suaves) b) Cincel (suelos duros) c) Cruz (cantos rodados y gravas) d) barretón

Fig. 63 Trépanos para hincado a percusión

Trípode Cable de manila Pasador

Manguera Malacate

Bomba Maneral

Ademe Depositopara recolección de muestras

Tubo de perforación

Herramienta de ataque Gavilán

Fig.64 Perforación por lavado.

Fig. 65 Barra Helicoidal (ref. 11 y 14).

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Diametro int. 10.16 cm

6.35 7.62 0.63

13.97

152.40

5.08

11.43 2.54

Acota cion es

13.97

Fig. 66 Ademe helicoidal

a)

Fig. 67 Operación

b)

c)

del Ademe espiral.

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en cm.


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Torre

Gato hidraulico Caja de mandos

Malacate Bomba

Sistema rotatorio Barras

Broca tricónica

Cárcamo de suministro

Broca Drag

Fig. 68 Brocas para p erforación o rotación con agua o lodo.

Cople

Barra

Cople

Barra

Cárcamo de sedimentación

Herramienta de corte

Fig . 69 Equ ipo de per foración o rota ción.

Especimenes 3/64 1/16 1/18

Fig. 70 Barras d e perforación y coples.

Fig. 71 Ademes y coples.

8.2

Lodos de perforación.

8.2.1 Antecedentes . El fluido de perforación más empleado hasta ahora en las exploraciones geotécnicas ha sido el agua, pero gradualmente se han incorporado los lodos de perforación aprovechando las experiencias logradas en la perforación de pozos petroleros, simplificando y adaptando las técnicas de elaboración, manejo y control de lodos para ser aplicables aún en perforaciones pequeñas. Las funciones principales del lodo son: enfriar la broca, transportar el material cortado por la broca y mantener estable la pared y el fondo de la perforación; las mismas funciones cumple el agua, pero el lodo es el considerablemente máslaeficiente para transportar material y particular supera en la estabilidad que puede dar a la perforación eliminando la posible necesidad de ademe

fig. 72 Junta giratoria.

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metálico. Los lodos tienen también la ventaja sobre el agua de alterar menos el contenido natural de humedad.

8.2.2 Tipos de lodos . La clasificación más convencional de lodos se basa en identificación según su fase líquida; así, se reconocen: lodos de agua dulce, agua salada, de emulsiones aceiteagua y de aceite. En las exploraciones geotécnicas solo se utilizan lodos de agua dulce y cuando se perfora en zonas con agua salada se agregan aditivos. Los lodos con agua dulce se pueden hacer con arcillas plásticas locales, bentonita natural o bentonita tratada, en la fig. 72 bis se presentan las viscosidades y densidades que se pueden obtener con diferentes proporcionamientos.

8.2.3

Propiedade s físicas

y controles

Viscosidad en centipoíses, medida en viscocímetro a 600 r.p.m

50 100

campo . Los lodos de perforación deben elaborarse

cuidando que tengan las propiedades físicas adecuadas y que éstas se mantengan durante el trabajo. Las propiedades más significativas son: densidad, viscosidad y tixotropía; es importante también controlar la contaminación, en partícula de arenas. Los métodos que se describan aquí para la medición y control de estas propiedades requieren solo de equipo elemental y económico. Densidad. Se define como el peso por unidad de

volumen y se determina con una balanza de navaja(fig. 74) que consiste en una barra horizontal con un recipiente para el lodo en un extremo y en el otro un contrapeso, la barra esta graduada en unidades de peso volumétrico (gr/cm3, lb/gal). El instrumento debe calibrarse inicialmente con agua, para la cual debe medirse en el aparato 1 kg/lt. En caso necesario se debe ajustar el peso del brazo La densidad de los lodos que se pueden elaborar está en función del tipo y cantidad de arcilla que utilice. Pueden variar de 1.2 a 1.25 kg/lt, siendo lodos que por su viscosidad pueden ser manejados aun con bombas convencionales de lodos. Se puede utilizar barita en polvo para aumentar la densidad conservando la viscosidad, lo cual permite lograr lodos manejables con densidades hasta de 1.35 kg/lt.

18/45

1.050

10

A

150 15

1.100

200

B

20

250

25

1.150

300 1.200

C

350 30 400

.t L / k , o d o l l e d a d i s n e D

1.250 35

450 500 1300

40

45

de

1.000

5

e n p e s o

500 600

[% d e

a r c il la

1.350



K /m

A = Zeogel o aquagel B = Baroco C = Rango de arcilla típica

Fig. 73 bis Relación Viscosidad–Proporcionamiento de arcilla en agua dulce (ref. 25). Perforación Contrapeso Tapa

Fig. 73 Balanza para lodos. La densidad se debe elegir en función del peso volumétrico y granulometría de los suelos; así en arenas gruesas de cuarzo con pocos finos se requieren lodos con densidades hasta de 1.25, en arcillas sin arenas Se podrá operar con densidades 1.05. se recomienda iniciar el sondeo con un lodo de densidad media de 1.1 y modificarla durante el proceso de trabajo según los materiales que se encuentren. Viscosidad . Se define la viscosidad como la

resistencia que opone un líquido a fluir. La determinación de la viscosidad se realiza con


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viscosímetros de rotación y se mide en centipoises; de una manera simple y aproximada se puede determinar la viscosidad con el cono de Marsh (fig. 75). Se coloca en el cono un litro de lodo, después de agitarlo, y se mide el tiempo (T) en segundos en que el lodo sale del cono después de retirar el dedo con que se obstruye la boquilla. La calibración del cono se verifica comprobando que el tiempo en que sale un litro de agua dulce a 26.5º C sea de 28 segundos. No se tiene una correlación rigurosa entre la viscosidad medida con viscosímetro y con el cono Marsh; experimentalmente se ha obtenido la expresión:  

D(0.58T



461 T

)

Malla No. 10

15cm

35.5 cm

1000cc

viscosidad, pero esto conduce a una disminución de la densidad y por ello es poco recomendable. Gelatinosidad . Esta prueba sirve para medir la

resistencia de un gel y su variación con el tiempo, siendo una medida indirecta de la tixotropía; se puede utilizar un viscosímetro o un “shearómetro” que hace la determinación con menos precisión. El “shearómetro” consta de un recipiente con una escala adherida a el en unidades de esfuerzo cortante (libras para un área unitaria de 100 pies cuadrados) y un cilindro de duraluminio que pesa 5 gr (fig. 76). Se hacen dos mediciones: una con el lodo recién agitado y otra después de dejar reposar el lodo durante diez minutos. El procedimiento consiste en colocar el cilindro humedecido en la superficie del lodo y dejarlo hundir; si es necesario se guía con los dedos para que baje verticalmente y se hacen lecturas en la escala, en diferentes tiempos, a medida que el cilindro se va hundiendo. Si el cilindro se hunde completo durante el primer minuto de observación, se dice que la resistencia es nula; de los contrario se repite la operación después de dejar reposar el lodo durante diez minutos. La gelatinosidad medida a los diez segundos en la primera prueba, debe estar entre 1 y 10 lb/pies2 y en la prueba efectuada diez minutos después debe tener un 2 valor aproximadamente el doble, es decir, entre 3 y 25de lb/pies .

de arena. Se debe determinar periódicamente el contenido de arena de los lodos usados, ya que si es excesivo se aumenta el espesor de la costra que se forma en la pared de la perforación y se tiene exceso de azolves que dificultan el muestreo y desgastan la bomba para lodo. La prueba se basa en determinar el volumen de arena de una prueba de lodo. Contenido

4. 5 cm

0.47cm

fig. 74 Cono Marsh. donde:

D = densidad, kg/lt M = viscosidad, centipoises T = tiempo, seg

Las viscosidades de los lodos, medidas en segundos, varían de 30 a 90 segundos; aquellos lodos que tengan viscosidades mayores de 90 seg no pueden ser manejados con bombas convencionales para lodos. La viscosidad es una consecuencia de la cantidad de bentonita utilizada en la preparación del lodo. Es recomendable iniciar la perforación con un lodo de 45 segundos, que se puede modificar en el desarrollo de la perforación. Se pueden utilizar aditivos (almidones) para incrementar la

19/45

El aparato para la medición del volumen de arena consta de un tubo Baroid (fig. 77) con dos marcas de aforo para el lodo y para el agua y en la parte interior una zona calibrada para la medición del volumen de arena; un pequeño embudo de plástico que se coloca en la boca del tubo y un cilindro acoplado al embudo que lleva un malla No. 200 (0.074 mm) en la que se retiene la arena. El procedimiento de prueba consiste en tomar una muestra de lodo y diluirlo en agua; los volúmenes


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de ambos se miden usando las marcas de aforo del tubo. a) Se agita la mezcla y se voltea el tubo para hacerla pasar por la malla y retener la arena. Escala

y entre 7 y 14 la alcalinidad. La determinación aproximada del pH se hace con papel sensible que cambia de color en contacto con el lodo y por comparación con un patrón de colores se obtiene su valor. Cilindro portamalla

80 50 10

3.5 "

Malla No. 200 Embudo de plastico

5 Volumen deagua Volumen de lodo

14"

Tubo Baroid de vidrio

20 15 10 5

Cilindro Recipiente

Fig. 76 Dispositivo para deter minar el contenido de arena

Fig. 75 Shearo metr o.

a) Se separa el tubo del cilindro y se le agrega agua para despegar la arena que haya quedado adherida en las paredes, haciendo pasar esta agua nuevamente por la malla para retener la arena desprendida. b) Se lava la arena retenida en la malla con un pequeño chorro de agua, para filtrar las partículas menores que la malla 200. c) Se acopla nuevamente el cilindro al embudo colocándolo esta vez invertido, es decir, con la arena en la parte inferior de la malla. d) Por medio de un chorro de agua se desprende la arena de la malla haciéndola caer dentro del tubo de prueba. El contenido de arena se determina con la escala graduada del tubo. Con esta prueba es posible determinar contenidos de arena de hasta 20%. Filtración . El conocimiento de las propiedades de

Adit iv os . Los aditivos que se agregan a los lodos

son agentes dispersantes y defloculantes que sirven para separar las partículas y evitar que se floculen y con ello incrementar y mantener la gelatinosidad. El empleo de aditivos es particularmente importante cuando se perfora abajo de nivel freático en presencia de agua salada. Los aditivos más usuales actualmente son: polisulfatos taninos, lignitos y ligno sulfatos, los cuales se consiguen bajo diferentes nombres comerciales. Los polisulfatos incrementan notablemente la gelatinosidad, pero reducen la densidad de los lodos. Los taninos y lignitos son los aditivos de uso mas general y solo se requieren pequeñas cantidades, aún en presencia de agua, salada: usualmente 200 gr por metro cúbico de lodo es suficiente. Los lignosulfitos tienen aplicación cuando los lodos se contaminan con cemento. Adit iv os . Los aditivos que se agregan a los lodos

pH. Es la medición de la alcalinidad o acidez de un

son agentes dispersantes y defloculantes que sirven para separar las partículas y evitar que se floculen y con ello incrementar y mantener la gelatinosidad. El empleo de aditivos es particularmente importante cuando se perfora abajo de nivel freático en presencia de agua salada. Los aditivos más usuales actualmente son: polisulfatos taninos, lignitos y ligno sulfatos, los

lodo expresada por su pHconcentración (pH es el logaritmo decimal del recíproco de la de iones hidrogeno). El pH varía entre 0 y 14, la acidez varía de 0 a 7, siendo 7 para una solución neutral,

cuales se consiguen bajo diferentes nombres comerciales. Los polisulfatos incrementan notablemente la gelatinosidad, pero reducen la densidad de los lodos. Los taninos y lignitos son

filtración de un lodo permite estimar la habilidad del mismo para formar la costra y el espesor que puede alcanzar. La determinación de esta propiedad se hace con un filtro prensa; la descripción del filtro y su operación se encuentra en la referencia 26.

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los aditivos de uso mas general y solo se requieren pequeñas cantidades, aún en presencia de agua, salada: usualmente 200 gr por metro cúbico de lodo es suficiente. Los lignosulfitos tienen aplicación cuando los lodos se contaminan con cemento.

En el caso de los suelos granulares debe describirse la forma de los granos (tabla 23).

8.2.4 Preparación del lodo . El procedimiento de preparación del lodo debe ser tal que permita la

La compacidad de los suelos granulares o la consistencia de los suelos finos se debe apoyar en la información de la prueba de penetración estándar (tablas 24 y 25). En algunos casos será posible determinar el srcen de los suelos (tabla 26). En la tabla 27 se muestra en base a la clasificación de suelos, la permeabilidad probable del mismo. En la tabla 28 se dan valores típicos de la porosidad, relación de vacíos, conteniendo de agua y pesos volumétricos de algunos suelos.

completa la bentonita evitando que se formenhidratación grumos; lade forma más convencional de prepararlo es con ayuda de un dispositivo que se basa en el principio del tubo Venturi (fig. 78); la bentonita en polvo se coloca en el embudo del que la succiona la corriente de agua. El lodo recién mezclado debe dejarse en reposo 24 horas como mínimo para asegurar la hidratación de la bentonita, si esto no es posible se requerirá agregar mayor cantidad de betonita para asegurar que el lodo alcance la viscosidad requerida.

Bentonita

yROD 23. La calidad se describe baseEs al (tabla 33)dey lalaroca fisuración (tablaen 34). conveniente describir el relleno de las fisuras.

2.5

PROCEDIMIENTOS DE IDENTIFICACIÓN PARA SUELOS FINOS O FRACCIONES FINAS DE SUELOS EN EL CAMPO.

Agua a presión

Estos procedimientos se ejecutan con la fracción que pasa la malla No. 40 (aproximadamente 0.5 mm). Para fines de clasificación en el campo, si no se usa la malla, se quitan a mano las partículas gruesas que interfieran con las pruebas.

Lod

Fig 77 Cono mezclador de lodo. 8.3

Clasificación y descripción

Para identificar las rocas en el campo, de manera preliminar, se deben usar las tablas 29,30 y 31; clasificar una roca implica conocimientos formales de mineralogía y una clasificación confiable solo se debe hacer en el laboratorio, con personal especializado. También se deben describir la dureza y otras características físicas importantes de las rocas (tabla 32). La descripción del color y forma de los granos se hacen con los adjetivos de las tablas 22

Embudo de lámina

1 cm

Es una buena práctica hacer en cada programa de exploraciones un catalogo de los suelos encontrados y clasificados, conservándolos en tubos de ensaye.

de suelos y

MOVILIDAD DEL AGUA.

rocas.

La clasificación debe hacerse en base al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.), según la versión modificada que se incluye en las tablas 20 y 21; los adjetivos que se utilicen deben ser lo más precisos posible. Una vez clasificado debe describirse el suelo según su color usando los adjetivos de la tabla es conveniente utilizar para la descripción del22;suelo una lámina de colores.

21/45

(Reacción al agitado)

Después de quitar las partículas mayores que la malla No. 40 se debe preparar una pastilla de suelo húmedo igual a 10 cm3, aproximadamente; si es necesario, se agrega suficiente agua para obtener un suelo suave pero no pegajoso. Coloque la pastilla en lagolpeando palma devigorosamente la mano y contra agite horizontalmente, la mano varias veces. Una reacción positiva consiste en la aparición de agua en la superficie de


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la pastilla, la cual cambia adquiriendo una consistencia de hígado y se vuelve lustrosa, cuando la pastilla se aprieta entre los dedos, el agua y el lustre desaparecen de la superficie, la pastilla se vuelve tiesa y, finalmente, se agrieta o se desmorona. La rapidez de la aparición del agua durante el agitado, y de su desaparición durante el apretado, sirve para identificar el carácter de los finos en el suelo. Las arenas limpias muy finas dan la reacción mas rápidamente y distintiva, mientras que las arcillas plásticas no tienen reacción. Los limos inorgánicos tales como el típico polvo de roca, dan una reacción rápida moderada.

RESISTENCIA EN ESTADO SECO. (Características al rompimiento).

Después de eliminar las partículas mayores que la malla No. 40, moldée una pastilla de suelo hasta alcanzar una consistencia de masilla añadiendo agua si es necesario. Deje secar la pastilla completamente en un horno, al sol o al aire y pruebe su resistencia rompiéndola y desmoronándola entre los dedos. Esta resistencia es una medida del carácter y cantidad de la fracción coloidal que contiene el suelo. La resistencia en estado seco aumenta con la plasticidad. Una alta resistencia en seco es característica de las arcillas del grupo CH. Un limo inorgánico típico posee solamente muy ligera resistencia. Las arenas limosas y los limos tienen, aproximadamente, la misma resistencia, pero pueden distinguirse por el tacto, al pulverizar el espécimen seco. La arena fina se siente granular, mientras que el limo típico da la sensación suave de la harina.

TENACIDAD. (Consistencia cerca del límite plástico)

Después de eliminar las partículas mayores que la malla No. 40, moldée un espécimen de

22/45

aproximadamente 10 cm3 hasta alcanzar la consistencia de masilla. Si el suelo esta seco, debe agregarse agua, pero si está pegajoso, debe extenderse el espécimen formando una capa delgada que permita la pérdida de humedad por evaporación. Posteriormente, el espécimen se rueda con la mano sobre una superficie lisa, o entre las palmas hasta hacer un rodillo de 3 mm de diámetro, aproximadamente, se amasa y se vuelve a rodar varias veces. Durante estas operaciones, el contenido de humedad se reduce gradualmente y el espécimen llega a ponerse tieso, pierde, finalmente, su plasticidad y se desmorona cuando se alcanza el límite plástico. Después de que el rollo se ha desmoronado, los pedazos deben juntarse continuando el amasado entre los dedos hasta que la masa se desmorone nuevamente. La preponderancia de la fracción coloidal arcillosa de un suelo se identifica por la mayor o menor tenacidad del rodillito al acercarse al límite plástico, por la rigidez de la muestra al romperse finalmente entre los dedos. La debilidad del rodillo en el límite plástico y la pérdida rápida de la coherencia de la muestra al rebasar este límite, indican la presencia de arcilla inorgánica de baja plasticidad o de materiales tales como arcilla del tipo caolín y arcillas orgánicas que caen debajo de la línea A. Las arcillas altamente orgánicas dan una sensación de debilidad y son esponjosas al tacto en el límite plástico.

8.4

Registros tipo de los trabajos de campo de la exploración geotécnica.

Los registros tipo no deben ser simples, pero contener al mismo tiempo la información más significativa. Para llenarse con claridad se sugieren los símbolos y abreviaturas contenidas en las tablas 35 y 36.


9.

P.2.0111.02: 2000 UNT

.. Bibliografía. 1.

DEPARTAMENT OF THE NAVY, 1971 desing Manual, Soil Mechanics Foundation and Earth Structures, NAVFAC dm-7,

2.

DOBRIN M., Introduction to Goephysical Prospecting, Mc-Graw Hill Book Company Inc. 1961

3.

GRANT F. and WEST G. Interpretation Theory in Applied Geophysics. McGraw Hill Book Company Inc. 1965

4. 5.

OLHOVICH V., Curso de sismología aplicada. Ed Reverte S.A. 1959 MOONEY H. and WETZEL W., The Potentials about a Point elec and Apparent Resistivity Curves for a Two-Three-and Four-Layared Fard. The University of Minnesota Press, Minneapolis 1956.

6.

La Compagnie Generale de geophysique. Abaques de Sondage Electrique. Geophysical Prospecting, Vol. 3, suplemento 3 1955.

7.

SANGLERAT G, the Penetrometer and Soil Exploration, Elsevier Publishing Company, 1972.

8.

ATSM Designation: D 1586-67 estándar Method for Penetration Test and Split-Barrel Sampling of Soils.

9.

MALCEV A., Interpretation of Standard Spoon Penetration Testeng, The Economic Use of Soil Testing in Site Investigation, Birmingham, 1964

10.

SANTOYO E, MONTAÑEZ L, y MONTEMAYOR F. Exploration Geotecnica de la 2ª. Etapa de la Siderúrgica Lázaro Cardenas-Las Truchas SICARTSA, México, 1975.

11.

Secretaria de Recursos Hidráulicos,Manual de Mecánica de Suelos, 1970.

12.

CAMBEFORT H., Perforaciones y Sondeos, Omega 1968.

13.

WINTERKORN H. and FANG H. (ed), Fonudation Enginering Handbook, Van Nostrand Reinhold Company. HVORSLEV M. Subsurface Exploration and Sampling of Soils for Civil Engineering Purposes, ASCE, 1949.

14. 15.

ASTM Designation D 1587-67, Thin-walled Tube Sampling of Solis.

16.

E.J. Longyear Company, Catalogo Longyear World No. 2.

17.

Christensen DiamondProducts, Utiles de diamantes y su Empleo en Sondeos poco Profundos.

18.

CANDLINGL. Y ODENSTAD S. The Vane Borer, Royal Swedish Geotechnical Institute, Proc. 2, 1950.

19.

MARSHAL R. Y MAZARI M. El subsuelo de la Ciudad de México, instituto de Ingeniería, UNAM, 1962.

20.

ASTM STP 399, Symposium on Vane Shear and Cone Penetration Resistance Testing of in-titu Soils, 1966.

21.

SANTOYO E., cambios en la Resistencia al Corte de las Arcillas del Lago de Texcoco debidas a la Consolidación y Explosiones, Volumen Nabor Carrillo, México 1969.

22.

SANTOYO Mediciones con Veleta de la Resistencia de la Presa E., Cerro de Oro, Instituto de Ingeniería, 1975. al Corte de los Suelos de la Cimentación

23/45


P.2.0111.02: 2000 UNT

23.

Ministere de I’Amenagement du Territoire, de I’Equipment, du Logement et du Tourisme. Foundation Courantes d’Ouvrages d’Art, Fond 72. LCPC Setra.

24.

Comisión Federal de Electricidad, Manualde Diseño de Obras Civiles, México 1970.

25.

Baroid division, Baroid drilling Mud Data Book.

26.

VELAZCO R. Lodos de Perforación. Servicio de Información Pemex.

27.

U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, The Unifield Soil Clasification System. Technical Memorandum No. 3-357 Vi.

28.

SOWERS,G. Introduccióna la Mecánica de Suelos y Cimentaciones, LimusaWhiley, 3ª. Ed, 1970.

29.

TERZAGHI and PECK, Soil Mechanics in Engineering Practice.

30.

MARSHAL, R. Presas Pequeñas, Publicación 326, Instituto de Ingeniería, UNAM.

31.

Comisión de Estudios del territorio Nacional (CETENAL).

32.

Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos.

33.

Secretaria de Obras Publicas (SOP).

34.

Instituto de Ingeniería (UNAM).

35.

Instituto de Geología (UNAM).

1.

DEPARTAMENT OF THE NAVY, desing Manual, Soil Mechanics Foundation and Earth Structures, NAVFAC dm-7, 1971

2.

DOBRIN M., Introduction to Goephysical Prospecting, Mc-Graw Hill Book Company Inc. 1961

3.

GRANT Inc. 1965F. and WEST G. Interpretation Theory in Applied Geophysics. McGraw Hill Book Company

4.

OLHOVICH V., Curso de sismología aplicada. Ed Reverte S.A. 1959

5.

MOONEY H. and WETZEL W., The Potentials about a Point elec and Apparent Resistivity Curves for a Two-Three-and Four-Layared Fard. The University of Minnesota Press, Minneapolis 1956.

6.

La Compagnie Cenerale de geophysique. Abaques de Sondage Electrique. Geophysical Prospecting, Vol. 3, suplemento 3 1955.

7.

SANGLERAT G, the Penetrometer and Soil Exploration, Elsevier Publishing Company, 1972.

8.

ATSM Designation: D 1586-67 estándar Method for Penetration Test and Split-Barrel Sampling of Soils.

9.

MALCEV A., Interpretation of Standard Spoon Penetration Testeng, The Economic Use of Soil Testing in Site Investigation, Birmingham, 1964

10.

SANTOYO E, MONTAÑEZ L, y MONTEMAYOR F. Exploration Geotecnica de la 2ª. Etapa de la Siderúrgica Lázaro Cardenas-Las Truchas SICARTSA, México, 1975.

11.

Secretaria de Recursos Hidráulicos,Manual de Mecánica de Suelos, 1970.

12. 13.

CAMBEFORT H., Perforaciones y Sondeos, Omega 1968. WINTERKORN H. and FANG H. (ed), Fonudation Enginering Handbook, Van Nostrand Reinhold Company.

24/45


P.2.0111.02: 2000 UNT

14.

HVORSLEV M. Subsurface Exploration and Sampling of Soils for Civil Engineering Purposes, ASCE, 1949.

15.

ASTM Designation D 1587-67, Thin-walled Tube Sampling of Solis.

16.

E.J. Longyear Company, Catalogo Longyear World No. 2.

17.

Christensen DiamondProducts, Utiles de diamantes y su Empleo en Sondeos poco Profundos.

18.

CANDLINGL. Y ODENSTAD S. The Vane Borer, Royal Swedish Geotechnical Institute, Proc. 2, 1950.

19.

MARSHAL R. Y MAZARI M. El subsuelo de la Ciudad de México, instituto de Ingeniería, UNAM, 1962.

20.

ASTM STP 399, Symposium on Vane Shear and Cone Penetration Resistance Testing of in-titu Soils, 1966.

21.

SANTOYO E., cambios en la Resistencia al Corte de las Arcillas del Lago de Texcoco debidas a la Consolidación y Explosiones, Volumen Nabor Carrillo, México 1969.

22.

SANTOYO E., Mediciones con Veleta de la Resistencia al Corte de los Suelos de la Cimentación de la Presa Cerro de Oro, Instituto de Ingeniería, 1975.

23.

Ministere de I’Amenagement du Territoire, de I’Equipment, du Logement et du Tourisme. Foundation Courantes d’Ouvrages d’Art, Fond 72. LCPC Setra.

24.

Comisión Federal de Electricidad, Manualde Diseño de Obras Civiles, México 1970.

25.

Baroid division, Baroid drilling Mud Data Book.

26.

VELAZCO R. Lodos de Perforación. Servicio de Información Pemex.

27.

U.S. ArmyMemorandum Engineer Waterways Station, The Unifield Soil Clasification System. Technical No. 3-357 Experiment Vi.

28.

SOWERS,G. Introduccióna la Mecánica de Suelos y Cimentaciones, LimusaWhiley, 3ª. Ed, 1970.

29.

TERZAGHI and PECK, Soil Mechanics in Engineering Practice.

30.

MARSHAL, R. Presas Pequeñas, Publicación 326, Instituto de Ingeniería, UNAM.

31.

Comisión de Estudios del territorio Nacional (CETENAL).

32.

Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos.

33.

Secretaria de Obras Publicas (SOP).

34.

Instituto de Ingeniería (UNAM).

35.

Instituto de Geología (UNAM).

10. Concordancia con Normas Internacionales. No aplica.

25/45


11.

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Tablas. Tabla 12 Coeficiente de forma (ref. 23) Relación

O

Forma de la cavidad

Permeabilidad local

0

disco

Vertical

L

esfera

Promedio

elipsoide

Horizontal



1



4

Coeficiente c C= 2D

c



2D L / D  1/ 4

D

1

L D >4

c

2L



Ln (L / D

cilindro

c

26/45





L 2 / D 2  1)

2L L a (2L / D )

1/ 2


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Tabla 13 Criterio de selección de muestreadores Tipos de suelos

Método de Sondeos de exploración perforación

Sondeos inalterados

Suelos cohesivos muy blandos

Pozos a cielo abierto muestreo inalterado

para

Inadecuados

Suelos cohesivos medios

Adecuados, se requiere ademe

Suelos cohesivos duros o muy duros

Adecuados, puede no requerir ademe

Arenas sueltas

Inadecuados freatico

Arenas muy compactas

Adecuados

Gravas

Inadecuados freatico

Suelos expansivos

Muy adecuados

Suelos con estratos de diferente dureza

Adecuados

Suelos cohesivos arriba del nivel freático

Adecuados

Suelos orgánicos abajo del nivel freático

Inadecuados

Rocas y suelos muy duros

Inadecuados

l ia c e s e e m e d a o d o l o a u a n o c n ó i c ta o r o d a v a L

l a ir s e e m e d a o d o l n

o c n ó i c a t o R

l a ri s e e m e d a n ó i c a t o R

r a d n a t s e n ió c a tr e n e p e d s a b e u r P

s e m r e s s e d n la o h o tr e m o rt e n e P

e r b li n to s i e d r o d a e tr s e u M

27/45

b l e h S o b u T

n o s i n e D li rr a B

r e h c i P r o d a e tr e u M

abajo

del

nivel

abajo

del

nivel


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Tabla 14 Comportamiento de los suelos (ref. 24) Clase de suelos

Permeabilidad

Comprensibilidad y expansibilidad

Resistencia al corte

Fabricación

Suelos gruesos limpios (GW, GP, SW, SP)

Suelos gruesos con finos (GM, GC, SM, SC)

Suelos finos (MH, ML, CH, CL, OL)

Permeables. Las pruebas de Semipermeables a impermeables. permeabilidad en el campo son Las pruebas de permeabilidad de las únicas representativas. campo son las mas adecuadas para un contenido de finos menor de 25 por ciento.

Suelos impermeables en caso de no estar fisurados. La determinación del coheficiente de permeabilidad durante una prueba de consolidación es adecuada.

Los asentamientos son pequeños cuando los materiales son compactos. Y la magnitud de los esfuerzos reducida. Si los depósitos son heterogéneos pueden dar lugar a irregularidades importantes en la comprensibilidad.

La comprensibilidad varía considerablemente según la compacidad del deposito. Las arenas finas limosas pueden presentar asentamientos bruscos en caso de saturarse bajo carga.

Muy variable dependiendo de la de la compacidad de los depósitos y su homogeneidad. Se relaciona, salvo en el caso de arenas sueltas, con el numero de golpes en una prueba de penetración estándar.

Es indispensable estudiarla en laboratorio efectuando pruebas triaxiales con especímenes inalterados. Se ha de tomar en consideración las posibles variaciones del contenido de agua y la heterogeneidad del manto al definir las condiciones de las pruebas.

Es indispensable efectuar pruebas de consolidación en el laboratorio. Los suelos limosos no saturados pueden presentar asentamientos bruscos al saturarse bajo carga. Los suelos arcillosos en el estado seco pueden presentar expansiones al aumentar su contenido de agua. Es indispensable estudiarla en laboratorio efectuando pruebas triaxiales con especímenes inalterados. Puede ser útil en ciertos casos efectuar una prueba de veleta.

Salvo los materiales de los grupos SW y SP, presenta buena resistencia a la tubificación. Es muy importante en este aspecto la heterogeneidad de los depósitos.

Las arenas limosas presentan una resistencia a la tubificación media a baja, mientras los otros materiales de este grupo tienen una resistencia a la tubificación de alta a media. Es muy importante en este aspecto la heterogeneidad de los depósitos.

Los limos presentan baja resistencia a la tubificación y a la arcilla de media a alta. Es muy importante en este aspecto la heterogeneidad de los depósitos.

Las arenas sueltas finas y Las arenas finas, limosas, Susceptibilidad saturadas son muy susceptibles a uniformes y en estado suelto son nula. la licuación. Los otros materiales muy sensibles. de este grupo son por lo general, poco sensibles a la licuación.

Licuación

24.15

prácticamente

Tabla 15 Métodos de perforación Método s lo e u S

Aplicabilidad en suelos

pozos a cielo abierto

todos tipos

lavado con agua o lodo

cohesivos blandos, muy adecuados en arenas con poca grava

en seco rotación s a c o R

cohesivos blandos a duros, arriba del nivel freatico

con agua o lodo

todos tipos

mixto

todos tipos

rotación con agua o lodo

suelos muy duros y rocas de blandas a duras

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Tabla 16 Características principales de máquinas de perforación para suelos Capacidad en función de la herramienta de corta (m) H 80

Fuerza de avance (T)

Fuerza de recuperación (T)

12

10

Velocidad de avance (m/min)

2.5–12

Para máximo (T-m)

3 - 15

Velocidad de rotación (R.P.M.)

1.5

10

D 120

4.5

6.5

H 50

9

6

7.5–10

10- 30

0.7

H 100

55

7

0–12

0- 12

1.5

D 600 H 30

3

4

1.8

3.5

0.3

Capacidad de malacate cable acero Ø = 1.25 (T)

9.0

24

5

2.5

15 a 100

2.5 a 5

2-2R 3-3R 70 125 4-4R 260 B1 63 A1 98 B2 130 A3 201 B3 238 A3 368 B4 403 A4 623 BR 51 AR 80 1 204 2 422 3 772 4 1302 R 167 I-IR 43 2-2R 90 3-3R 166 4-4R 287 65 a 850

1.0

8

Velocidad de malacate (m/min)

I-IR 34

D 500 H 60

Peso aproximado (T)

D 500

D 400

1

1

5

20

1

4 2

1

D 50

Nota: B = Baja

H = Helicoidal

A = Alta

D = Broca

R = Reversa

Tabla 17 Características de las bombas Uso

Agua

Lodo

Presión

Gasto

Potencia del motor (HP) lb

Peso

lb/in2

kg/cm gpm2

lts/min

300

21.1

20

75.6

12.5

675

306

600

42.2

20

75.6

30.

710

322

300

21.1

35

132.4

18

975

441

400

28.1

40

151.3

30

1045

474

450

31.5

0.05

a

200 gpm

1000

70.3

0.20

a

125 gpm

225 75

15.8 5.3

1.00 1.00

a a

500 gpm 200 gpm

29/45

kg


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Tabla 18. Medidas de las barras mas usuales Øe

Barra

in

Øi mm

1⅜ 34.9 1 23/32 44.4 2 ⅛ 54.0 1¾ 2⅝ 66.7 2¼

EW AW BW NW

Øc

in

mm

⅞

22.2 30.9

1 7/32 44.5 57.2

in

mm

Peso kg/10 ft

7/16

12.7 15.9 19.0 34.9

14.0 19.9 3 24.5

⅝

¾ 1

19.0 ⅜

Cuerdas por pulgada 3

3 3

Øe : diámetro exterior Øi : diámetro interior Øc : diámetro interior del cople

Tabla 19 Medidas de los ademes más usuales Ademe

Øe in

Øi mm

NW

3½

88.9

HW

4½

114.3

in

mm

Peso kg/10 ft

Cuerdas por pulgada

3

101.6

51.3

4

Fig. 62. Distribución presiones Øe :de diámetro exteriordebidas a excavación en arcilla y arenas Øi : diámetro interior

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Tabla 20 Sistema Unificado de Clasificación de Suelos Identificación de campo y descripción. (Ref. 27) PROCEDIMIENTO DE IDENTIFICACION EN EL CAMPO (Se excluyen las partículas mayores de 7.6 cm (3 pulg) y se buscan las fracciones en pesos estimados) S A S E U R G S A L U IC T R A P E D S O L E U S

n o s s la u c trí a p s a l e d d a it

) (*

m m 8 .0 0 e d s e r m o y a l a e m d s á M

S A V A R G

S A N E R A

s la e d d a ti m a l e d s á M

n u n e n ite s a l u c trí a p

s la e d d a ti m a l e d s á M

n u n e n ie t s a l u íc rt a p

ro t e m á i d

o tr e m á i d

) (* m m 5 >

) *( m m 5 <

Amplia gama en los tamaños de partículas

S A I P M I L S A V A R G

s la u c tír a p s a c o P (

S A V A R G

e S d O le IN d a b F id ia t c N n re a O C p C ( a

S A N E R A

) a n u g n i n o s a in f

S A I P IM L

o s a c o P (

s la u ) c tír s a a n p fi

a n u g n i n

) s a n fi s la u c í rt a p

e S d s S A d e a l ) A IN a d lb u s N F ti a í a n i c E c rt in a R N e a f A O (C rp p C a

y cantidades intermedios apreciables de tamaños Predominio de un tamaño o un tipo de tamaño, con presencia de algunos intermedios Fracción fina poco o nada plástica (para identificarla ver grupo ML) Fracción fina plástica (para identificarla ver grupo CL) Amplia gama en los tamaños de las partículas y cantidades apreciables de todos los intermedios. Predominio de un tamaño o un tipo de tamaños con procedencia de algunos intermedios. Fracción fina poco o nada plástica (para identificarla ver grupo ML) Fracción fina plástica (para identificarla ver grupo CL)

Limos inorganicos, arcillas limos inorganicos de baja plasticidad 6 RESISTENCIA MOVILIDAD DE 5 EN ESTADO AGUA S e A d SECO (reacción al agitado) L r (características o IL n de rompimiento) C e R A Y S O M I L

H M

Y S O M I L

m o id u q li e it m í L S A L L I C R A

o id u q li tie ím L

0 5 e d r o y a m

SUELOS ALTAMENTE ORGANICOS

SIMBOLOS DEL GRUPO (●) GW GP GM GC SW

NOMBRES TIPICOS Gravas bien graduadas, muestras de grava y arena, con pocos finos o regulares Grava mal graduada, muestras de grava y arena con pocos finos o regulares Gravas limosas y mezclas de grava arena y limo Grava arcillosa y muestras de grava arena y arcilla Arenas bien graduadas, arenas con grava, con pocas finas o ninguna

SP

Arenas mal graduadas, arenas con grava, con pocas finas o ninguna

SM

Arena limosa, muestras de arena/lima

SC

Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcilla

Limos inorgánicos polvo de roca, limos arenosos o arcillosos ligeramente Arcillas inorgánicos de poca a media plasticidad, arcillas con grava, arcillas con arenosas, arcillas

TENACIDAD (consistencia cerca del límite plastico)

Nula o ligera

Rápida o ligera

Nulo

ML

Media o alta

Nula o muy lenta

Medio

CL

Ligera o media

Limosa

Ligero

OL

Ligera o media

Limosa o nula

Ligero medio

MH

Alta o muy alta Nula o muy alta

Nula Nula o muy limosa

Alta Ligero medio

CM OH

Fácilmente identificables por su color, dar sensación esponjosa y frecuentemente por su textura fibrosa.

Pe

limosasinorgánicos, arcillas................... Limos arcillas limos inorgánicos de baja plasticidad Limos inorgánicos, arcillas limos inorgánicos de alta plasticidad Arcilla inorgánica de alta plasticidad, arcilla limosa Arcillas orgánicas de media ó alta plasticidad, limos orgánicos de plasticidad media Turba y grava....................... altamente orgánicos

(*) Clasificaciones frontera . Los suelos que tengan las características de dos grupos se designan combinados dos símbolos, por ejemplo GW – GC mezcla de grava y arena bien graduados con contaminante arcilloso( * ).

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Tabla 21 Identificación por el tamaño de granos (ref. 28) Nombre

Límite de tamaño

Boleo

305 mm o mayores (12 pulgadas)

Canto rodado

76 mm a 305 mm (3 a 12 pulgadas)

Tabla 22 Colores y tonos Colores

Ejemplo vulgar

Grisaceo

Mayor que una pelota de baloncesto

Café

Naranja – Sandia

Rojo

Rojizo

Negro Verde

Negruzco Verdoso

Blanco

Blancuzco

Anaranjado

Anaranjado

Grava gruesa

19 mm a 76 mm (¾ a 3 pulgadas)

Uva – Naranja

Grava fina

4.76 mm a 19 mm (malla 4 a ¾ pulgada)

Chícharo – Uva

Arena gruesa

2 mm a 4.76 mm (malla 10 a malla 4)

Sal de cocina

Arena mediana

0.42 mm a 2 mm (malla 40 a malla 10)

Azúcar

Arena fina

0.074 mm a 0.42 mm (malla 200 a malla 40)

Azúcar en polvo

Finos

menores de 0.074 mm (malla 200)



Tonos

Gris Amarillo

Amarillento

Tabla 23 Forma de los granos acicular plana Redondeada subredondeada equidimensional Subangulosa angulosa



Las partículas menores que la arena fina no se pueden distinguir a simple vista a una distancia de 20 cm.

Tabla 24 estándar, la consistencia de la arcilla y su Relación entre el número de golpes en penetración resistencia a la compresión simple (ref 29) Consistencia Muy blanda N qu

<2 < 0.25

Blanda

Media

Dura

Muy dura

2-4

4-8

8-15

15-30

0.25 – 0.50

0.50 – 1.0

1.0-2.0

2.0 – 4.0

Durisima > 30 > 4.0

N número de golpes en la prueba de penetración estándar. qu resistencia de compresión simple, en kg/cm2

Tabla 25 Densidad relativa de arenas y el número de golpes obtenido en pruebas de penetración estándar (ref 29) Número de golpes

Densidad relativa

0–4

Muy suelta

4 – 10

Suelta

10 – 30

Media

30 – 50

Densa

> 50

Muy densa

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Tabla 26 Clasificación de los suelos según su srcen (ref 1) Origen geológico

Proceso de formación

Naturaleza de los depósitos

Granulometría típica

Suelo intemperizado en el lugar de Casi invariable, con la profundidad la roca madre. llega a ser mas compacto y menos intemperizado. Puede tener capas alternadas duras y blandas o Residual

Aluvial.

Glacial.

Loesial.

El producto de intemperización es arcilla cuyo tipo depende del proceso de intemperización y la roca madre, además de la cantidad

estratificación de la roca madre si la de partículas de sílice resistente. El intemperización es incompleta. suelo en etapa intermedia refleja la composición de la roca madre. Materiales transportados y Generalmente con estratificación redepositados por la acción del pronunciada. Los depósitos de río agua. típicos consisten de material fino de srcen reciente sobreyaciendo en un estrato de material grueso de la etapa joven del desarrollo del río.

Rango de arcilla lacustre o marina muy fina a grava muy gruesa, cantos rodados y boleos en abanico pluvial o depósitos de terraza.

Materiales transportados y La estratificación varía mucho de Till y morena tienen típicamente redepositados por hielo glacial o acuerdo con el depósito, de granulometria amplia de arcilla a agua de glaciares. morrenas heterogéneas o till boleos. finamente estratificado limo (varvado) y arcilla en lagos glaciales. Suelo transportado por viento sin En el loes, la estratificación redepositación subsecuente. horizontal no se distingue o no existe excepto si hay horizontales intemperizados, frecuentemente tienen estructura secundaria de grietas verticales, juntas y perforaciones de raíces. Suelos orgánicos formados por En las turbas crecimiento y putrefacción de estratificación. plantas.

no

se

La granulometría más uniforme de los suelos. El rango de loes es de limo arcilloso a arena fina limosa. Las arenas de las dunas generalmente tienen limo y arcilla de medianos a finos.

define De colores oscuros, las turbas divididas finalmente son producto de descomposición avanzada en presencia del aire. La turba fibrosa ha estado siempre sumergida.

Frecuentemente asociadas con flujos de lava y lodo o quizá Cenizas y pumicita depositadas por mezcladas con sedimentos no acción volcánica volcánicos.

Típicamente partículas de tamaño de limo con restos volcánicos, más grandes. La intemperización y redepositación producen arcilla altamente plástica.

Orígenes geológicos secundarios. Materiales precipitados o Incluye algunas variedades como evaporados de soluciones de alto olita precipitada de calcio en agua Pueden formar suelos cementados contenido salinoso. marina o evaporistas formadas en o rocas sedimentarias blandas lagos de playa bajo condiciones incluyendo yeso o anhidrita. áridas.

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Tabla 27 Características de permeabilidad y drenaje de los suelos (ref. 29 y 30) Coeficiente de permeabilidad k, en cm/seg (escala logarítmica) 101

10

10-1

1

Drenaje

10-2

10-3

10-4

10-5

Bueno

Tipos de suelo

Grava limpia

10-6

Pobre

Arenas limpias, arena limpia y mezclas de grava

Arenas muy finas, limos orgánicos e inorgánicos; mezclas de arena, limo y arcilla; tilitas, arcilla estratificada; etc.

10-7

10-8

Prácticamente impermeable

Suelos “impermeables”, v.g., arcillas homogéneas debajo de la zona de intemperismo.

Suelos “impermeables” afectados por vegetación e intemperismo

Tabla 28 Porosidad, relación de vacíos, contenidos de agua y pesos volumétricos de varios suelos en estado natural (ref. 29 y 30) Descripción

Porosida Relación d de vacíos Humedad W (%) n (%)

Pesos volumétricos Y Y (ton/m3)

Arena uniforme

Suelta densa

46 34

0.85 0.51

32 19

1.43 1.75

1.89 2.09

Arena bien graduada

Suelta densa

37 20

0.60 0.25

22 9

1.65 2.12

2.02 2.32

Limo

Baja plasticidad Alta plasticidad

49 68

0.95 2.16

35 80

1.38 0.85

1.87 1.54

Arcilla inorgánica

Blanda dura

55 37

1.2 0.6

45 22

1.22 1.69

1.77 2.07

Arcilla orgánica

Bajo contenido de materia orgánica Alto contenido de materia orgánica

0.93

1.58

Bentonita

Blanda

1.9

66

70

75

3.0

110

0.68

1.43

84

5.2

194

0.43

1.27

W contenido de agua cuando saturada, en porcentaje del peso seco. Y peso volumetrico seco. Y peso volumetrico saturado.

34/45

10-9


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Tabla 29 Rocas ígneas tipo

características

colores

Nombre

sueltos Piroclásicos

cenizas volcánicas lapilli, pomex, bombas fragmentos de lava

formados por fragmentos

toba brecha volcánica aglomerados obsidiana pomez escoria

consolidados Vidrios volcánicos

no cristalinos, pueden mostrar líneas de flujo

vitrificas parcialmente vitrificadas feldespatos

Extrusivas

Intrusivas

cristalinas de grano fino (afaníticas)

cristalinas de grano grueso (fanaríticas)

ácido básico ácido básico

claro o rojo gris gris oscuro o negro

potasio-sodio

claro o rojo gris oscuro o verdes

potasio-sodio

sodio calcio

pocos, sodio calcio sin feldespatos

lavas vitriadas cuarzo si no no no si no no no no

Tabla 30 Rocas sedimentarias Tipo

Sedimento elástico

depositación sueltos

boleos grava arena limo arcilla

Consolidados Compactación Cementación Recristalización

brechas conglomerados areniscas lutitas caliza dolomitas travertino margas

mecánica

Calcáreas química

Silicosas

Sedimento Consolidado

Salinas

Calcáreas Origen Orgánico Silicosa Carbonoza

35/45

pedernal sal gema yeso bórax tequesquite caliza coral coquina creta diatomita turba lignita hulla antracita

nombre riolita tracita andesita basalto granito sienita diorita gabro peridota


P.2.0111.02: 2000 UNT

Tipo

Tabla 31 Rocas metamorficas Características Cristalina de grano grueso

Foliadas O bandeadas

Densa y amorfa

Cristalina de grano gruesa No foliadas masivas y homogéneas densa

Nombre gneiss mármol impuro esquistos grafito pizarra antracita grafito serpentina cuarcita mármol anfíbola serpentina cuarcita caliza cristalina

Tabla 32 Características físicas de las rocas. Formación Litología Dureza (lo raya) masiva estratificada

calcárea silicosa arenosa

foliada fragmentada

limosa arcillosa

cementación

Textura (cristales) Densa Fina Media Granular

pobremente cementada muy cementada Alteración no alterada ligeramente alterada muy alterada

Porosidad sólido vesicular poroso cavernoso

solubilidad (agua) no soluble soluble lentamente muy soluble

36/45

muy suave suave (la uña) moderadamente dura (navaja) dura (difícil) muy dura (no la raya la navaja) Estructura estratificada fracturada fisurada tallada superficie de falla Expansividad no expansiva expansiva


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Tabla 33 Calidad de la roca RQD (%) 0 – 25

Tabla 34 Fisuración de la roca

Calidad

Separación entre fisuras (cm)

Fisuración

<5

muy próxima

5 – 30 30 – 100

próxima moderadamente próximas

muy mala

25 – 50

mala

50 – 75

buena

75 – 90

muy buena

90 - 100

excelente 100 – 300

separadas

> 300

muy separadas

Tabla 35 Símbolos complementarios para formular los registros de campo ROCAS

SUELOS

Arenisca

Arcilla

Conglomerado

Limo

Pizarra

Arena

Coliza

Grava

Coral

Boleos

Lutita

Relleno

Gneiss

Raíces

Esquisto

Turba

Cuarcita

Conchas y fósiles

VARIOS

Dolomita Mármol

Nivel freático

Granito

∇

Diorita

Superficie terreno Concreto

Gabro

Φ

Riolita Andesita Basalto

37/45

diámetro


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Tabla 36 Abreviaturas complementarias para formular los registros de campo Abreviaturas

M – 14 Prof, 15 Sucs. CH 18 Jun. 1975 F - 20

Significado

SUCS G S M C

Sistema Unificado de Clasificación de Suelos Grava Arena Limo Arcilla

O Pt W P L H SPT N NF PCA BT DG F-3 B-4 F-2L MI-8 TS-12 TD-9 TP-11 TPL-7

Suelo orgánico Turba Bien graduado Mal graduado Baja plasticidad Alta plasticidad Prueba de penetración estándar Número de golpes en SPT Nivel freático Pozo a cielo abierto Broca triconica Broca tipo Drag Muestra alterada en frasco numero 3 Muestra alterada en bolsa numero 4 Muestra lavada en frasco numero 2 Muestra labrada in situ numero 8 Tubo Shelby numero 12 Tubo Denison numero 9 Tubo Pitcher numero 11 Tubo Pistón libre numero 7

TR-5 NXL-6 Rec 45/75 50/10 EW,AW,BW,NW NW,HW BXL,NXL PA

Tubo rotatorio dentado numero 5 Muestra de roca tomada con barril N serie L numero 6 45 cm de recuperación en 75 cm muestreados 50 golpes en 10 cm en SPT Barras de perforación (tabla 18) Ademes (tabla 19) Barriles muestreadores serie L Pérdida de agua o lodo de perforación

Identificación del sondeo Profundidad

M – 14 F – 20 SPT.:10 15- 20

Clasificación SUCS Fecha Número de frasco Número de golpes de la prueba de penetración estándar

a) Tapa b) Frasco de ½ Lt.

Fig. 78 Identificación de frascos.

38/45


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PEMEX IDENTIFICACION DE EXPLORACION Y LA MUESTRA PRODUCCION OBRA

PROCEDIMIENTO DE PERFORACION

SONDEO

PROFUNDIDAD

OPERADOR

FECHA

CLASIFICACION SUCS

Fig. 79 Etiqueta para identificación de muestras alteradas e inalteradas PEMEX EXPLORACION Y PRODUCCION

SONDEO:

NIV. FREAT.

HOJA:

LOCAL

Z:

MAQUINA:

FECHA:

X:

Y:

OPERADOR:

SUPERVISOR:

PRUEBA DE PENETRACION CONO HOLANDES

OBRA:

Prof. (m)

Manómetros (kg/cm ) Cono

Funda

Conjunto

Esfuerzo kg/cm qc

NOTAS

39/45

fs

Observaciones


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PEMEX EXPLORACION Y PRODUCCION PRUEBA DE PENETRACION DINAMICA SERMES

SONDEO:

NIV. FREAT.

HOJA:

LOCAL

Z:

MAQUINA:

FECHA:

X:

Y:

OPERADOR:

SUPERVISOR:

OBRA:

Prof. (m)

M en kg

N10

K

Rd en kg/cm2

NOTAS

qc en kg/cm2

Observaciones

M

SIMBOLOS =Peso del martillo, en kg

N10 = Número de golpes por 10cm K

=Constante

Rd = Resistencia a la penetración dinámica, en kg/cm 2 (Rd = k N10) qc =Resistencia estática, en kg/cm2 (suelos granulares qc = Rd/2)

40/45


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PEMEX EXPLORACION Y PRODUCCION REGISTRO DE CAMPO OBRA: Prof. en m o f t

SONDEO:

NIV. FREAT.

LOCALIZACION Z: X: Y:

MAQUINA:

FECHA:

OPERADOR:

SUPERVISOR:

Clasificación SUCS

Muest ra No.

N (SPT) 1 2 3 15 cm 15 cm 15 cm

Muestreo Pre Rec sión

Ade me m

hora

CL

F-1

10

15

25

8:30

CL

F-2

10

20

30/4

9:00

CH

TS-1

CH

F-3

10

35

35

CH

TR-2

SN

F-4

5

10

15

11:50

F-5

5

20

30

12:10

F-6

5

25

35

12:40 (4)

CL

F-7

5

10

20

CL

TR-3

20/30

10:00 (1) 10:30

30/30

DATOS FICTICIOS

F-8L

1) la CH empieza a los 15´

2) la parte inferior del TR – 2 es SW 3) la SW empieza a 29´, se perdió el agua de perforación 4) se tiene azolve y se decidió poner ademe 5) se perdió la muestra, probablemente era arena

41/45

11:10 (2)

50 20/30

TR-4

NOTAS

HOJA:

(3)

13:00 13:20 13:30 (5)


PROF m -ft

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MUESTRA No.

10

5 20

CLASIFICACION

REC %

CL

TS-1 F-1-F-2 TS-2 F-3 F-4 F-5 F-6 F-7

Café CL MI gris arenoso CH OCH CH

F-8

SP-SM SP-SM fino con gravasgris

30

PENETRACION ESTANDAR 20 40 60

LPI_____________P____________LL 20 40 60 80

TORCOMETRO SV SIMPLE

X

COMP.

PROPIEDADES

17/30 28/30

SM gris, fino

F-9

10

SM gris muy fino

F-10

SM 40

15

60

F-16

OH café obscuro GP Gris con arena Medio y gruesa OH café obscuro SM Gris verdoso,fino y medio con gravas SM

F-17-F-18

OH café obscuro

70

F-19-F-20

80

F-21 F-22

90

F-23 F-24

50

F-11

F-12

F-13

F-14

F-15

20

OH café obscuro

25

SM Gris, muy fino SM

F-25

PEMEX EXPLORACION Y PRODUCCION

FECHA DE EJECUCION

EQUIPO PERFORACION

SUPERVISOR

FECHA LABORATORIO

SONDEO

X=

X=

Z=

PERFIL ESTRATIGRAFICO

42/45

REVISO HOJA


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PEMEX EXPLORACION Y PRODUCCION SONDEO POZO A CIELO ABIERTO

Prof. (m)

NOTAS

Corte N-S

E-W

OBRA:

SONDEO:

HOJA:

LOCAL

Z:

NIV. FREAT:

FECHA:

X:

Y:

OPERADOR:

SUPERVISOR:

Muestra

Clasificación SUCS

Ademe

Observaciones

MI = Muestras inalteradas F = Muestra alterada en fresco

B = Muestra alterada en bolsa

43/45

Clave Arcilla

Grava

Limo

Orgánico

Arena

Nivel freático


P.2.0111.02: 2000 UNT

OBRA:

PEMEX EXPLORACION Y PRODUCCION

PROF m D-A

LOCALIZACION

Z=

HOJA

FECHA

MAQUINA

TIPO BARRIL

No. BROCA

OPERADOR:

SUPERVISOR

NIV. FREAT.

CONDICIONES DE BROCA

LONGITUDES, en m (P) PERFORADA

X=

X=

REGISTRO DE CAMPO MUESTREO DE ROCAS

No.

SONDEO

(R) RECUPERADA

DE LOS TRAMOS RECUPERADOS

∑ L10

Rec %

2 Presión (kg/cm ) RQD BARRIL BOMBA %

CLASIFICACION

TIPO DE BROCA

HORA VELOCIDAD RPM

INICIO

TERM.

OBSERVACIONES

Y DESCRIPCION

OBSERVACIONES

CLASIFICACION Y DESCRIPCION

OBSERVACIONES


OBSERVACIONES


LODO

DENSIDAD

VISCOSIDAD MARCH

AGUA

TIPO LODO

ADITIVOS

FLUIDO

Rec =

R P

100

RQD=

ΣL10

P

100

∑ L10 = Longitud acumulada de los tramos de 10 o mas cm

COMENTARIOS

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PEMEX EXPLORACION Y PRODUCCION PRUEBA DE VELETA

SONDEO:

.PRUEBA No.

HOJA:

LOCAL

Z:

Prof.:

FECHA:

X:

Y:

NIV. FREAT:

OPERADOR:

OBRA:

Factor de celda G

VELETA TIPO

Dimensiones

Tiempo min

Lectura puente ( μ “ /”

Veleta convencional H = 2D H Momento = k ∆ L D

S=

KL 3.66 D3

Lectura ∆ L

Puente medidor

D

Esfuerzo cortante ( kg/cm2)

H

Fuerza axial kg

Veleta modificada R= 2.47 cm h= 2.00 cm Momento k ∆ L Sv = K  L 108.23

45/45

Superv. Velocidad Rotación

o

/min

Observaciones

Constante calibración de la celda electrónica k= Fuerza axial para el hincado y durante la prueba, no siempre se mide

PEMEX 2.0111.02 Exploración y Muestreo de Suelos para Proyectos de cimentaciones. 2da Parte

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