5 Exploración y Muestreo de Rocas y

8/18/2019 5 Exploración y Muestreo de Rocas y

1/11

Exploración y muestreo derocas y suelos

Métodos de sondeo en rocasMétodos rotatorios para roca: Cuando un sondeo alcanza unacapa de roca más o menos frme o cuando en el curso de laperoración las herramientas hasta aquí descritas tropiezan con unbloque grande de naturaleza rocosa, no es posible lograr penetracióncon los métodos estudiados y ha de recurrirse a un procedimientodierente

Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en laperoración se hace indispensable recurrir al empleo de máquinas

peroradoras a rotación, con broca de diamantes o del tipo cáliz

En las primeras, en el etremo de la tubería de peroración !acolocado un muestreado especial, llamado de "corazón", en cuyoetremo inerior se acopla una broca de acero duro con incrustacionesde diamante industrial, que acilita la peroración#

En las segundas, los muestreado son de acero duro y la penetraciónse acilita por medio de municiones de acero que se echan a tra!ésde la tubería hueca hasta la peroración y que act$an como abrasi!o#En roca muy racturada puede eistir el peligro que las municiones se

pierdan# %eroradoras tipo cáliz se han construido con diámetros muygrandes, hasta para hacer peroraciones de &m' en estos casos lamáquina penetra en el suelo con la misma broca#

(e acuerdo a lo anterior se concluye que el éito de una maniobra deperoración rotatoria depende undamentalmente de esos tresactores)

*+elocidad de rotación, %resión de agua, %resión sobre la broca#

Núcleos de Perforación

En los estudios de la inormación geológica del área se obser!a el

potencial de las rocas presentes en la zona del estudio para producir,almacenar y ser!ir de trampas a los hidrocarburos# -as rocasproductoras son rocas que contienen material orgánico atrapado yque ha producido hidrocarburos por procesos de alta temperatura ypresión dentro de la tierra#

En la geología del petróleo se busca que las rocas almacenadorastengan buena porosidad y permeabilidad para permitir la acumulacióny .u/o de los .uidos *agua 0 petróleo y gases# -as rocas sello quesir!en de trampas tienen la particularidad de ser impermeables ysir!en para e!itar el paso de los hidrocarburos a otras ormaciones#


2/11

-as estructuras ideales para la acumulación del petróleo son losllamados anticlinales, aunque es com$n encontrar acumulaciones enotro tipo de estructuras como allas geológicas y en zonasrelati!amente planas en depósitos estratigráfcos con estructurasmuy le!es#

(urante la peroración de los pozos se suele adquirir inormaciónacerca de las características de las ormaciones que se !anatra!esando# Esto se puede hacer de orma directa mediante la tomade n$cleos, que no son más que muestras de roca etraída dentro dela tubería de peroración donde se pueden realizar

Métodos de sondeo en suelos

Métodos de sondeo preliminarPerforaciones con posteadora, barrenos helicoidales ométodos similares) En estos sondeos eploratorios la muestrade suelo obtenida es completamente alterada, pero suele serrepresentati!a del suelo en lo reerente a contenido de agua, por lomenos en suelo muy plástico#

-os barrenos helicoidales pueden ser de dierentes tipos no sólodependiendo del suelo por atacar, sino de acuerdo con la preerenciaparticular de cada perorista# 1n actor importante es el paso de lahélice que debe ser muy cerrado para suelos arenosos y mucho más

abierto para el muestreo en suelos plásticos#

%osiblemente más usadas que los barrenos son las posteadoras a lasque se hace penetrar en el terreno e/erciendo un giro sobre el mineraladaptado al etremo superior de la tubería de peroración# -asherramientas se conectan al etremo de una tubería de peroración,ormada por secciones de igual longitud, que se !an a2adiendo seg$naumenta la proundidad del sondeo#

En arenas colocadas ba/o el ni!el de aguas reáticas estasherramientas no suelen poder etraer muestras y en esos casos es

preerible recurrir al uso de cucharas especiales, de las que tambiénhay gran !ariedad de tipos

Método de lavado: Este método constituye un procedimientoeconómico y rápido para conocer aproimadamente la estratigraíadel subsuelo# El método se usa también en ocasiones como auiliarde a!ance rápido en otros métodos de eploración# -as muestrasobtenidas en la!ado son tan alteradas que prácticamente no debenser consideradas como sufcientemente representati!as para realizarninguna prueba de laboratorio#


3/11

El equipo necesario para realizar la peroración incluye un trípode conpolea y martinete suspendido, de 34 a 564 7g de peso, cuya unciónes hincar en el suelo a golpes el ademe necesario para la operación#Este ademe debe ser de mayor diámetro que la tubería que !aya ausarse para la inyección del agua# En el etremo inerior de la tubería

de inyección debe ir un trépano de acero, perorado, para permitir elpaso del agua a presión# El agua se impulsa dentro de la tubería pormedio de una bomba#

-a operación consiste en inyectar agua en la peroración, una !ezhincado el ademe, la cual orma una suspensión con el suelo en elondo del pozo y sale al eterior a tra!és del espacio comprendidoentre el ademe y la tubería de inyección' una !ez uera es recogidaen un recipiente en el cual se puede analizar el sedimento# Elprocedimiento debe ir complementado en todos los casos por unmuestreo con una cuchara del trépano' mientras las características

del suelo no cambien será sufciente obtener una muestra cada 5,64m aproimadamente, pero al notar un cambio en el agua eyectadadebe procederse de inmediato a un nue!o muestreo# 8l detener lasoperaciones para un muestreo debe permitirse que el agua alcanceen el pozo un ni!el de equilibrio, que corresponde al ni!el reático*que debe registrarse# Cualquier alteración de dicho ni!el que seaobser!ada en los dierentes muestreos debe reportarseespecialmente#

Método de penetración estándar: Este procedimiento es, entretodos los eploratorios preliminares, quizá el que rinde me/ores

resultados en la práctica y proporciona más $til inormación en tornoal subsuelo y no sólo en lo reerente a descripción#

En suelos puramente riccionantes la prueba permite conocer lacompacidad de los mantos que es la característica undamentalrespecto a su comportamiento mecánico# En suelos plásticos laprueba permite adquirir una idea, si bien tosca, de la resistencia a lacompresión simple# 8demás el método lle!a implícito un muestreo,que proporciona muestras alteradas representati!as del suelo enestudio#

El equipo necesario para aplicar el procedimiento consta de unmuestreador especial de dimensiones establecidas# Es normal que elpenetrómetro sea de media ca2a, para acilitar la etracción de lamuestra#

-a utilidad e importancia mayor de la prueba de penetración estándarradica en las correlaciones realizadas en el campo y en el laboratorioen di!ersos suelos, sobre todo arenas, que permiten relacionaraproimadamente la compacidad, el ángulo de ricción interna enarenas y el !alor de la resistencia a la compresión simple en arcillas,con el n$mero de golpes necesarios en ese suelo para que elpenetrómetro estándar logre entrar los &4 cm especifcados#


4/11

Método de penetración cónica: Estos métodos consisten en hacerpenetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia que elsuelo orece# Eisten di!ersos tipos de conos#

(ependiendo del procedimiento para hincar los conos en el terreno,estos métodos se di!iden en estáticos y dinámicos# En los primeros laherramienta se hinca a presión, medida en la superfcie con un gatoapropiado' en los segundos el hincado se logra a golpes dados con unpeso que cae#

En la prueba dinámica puede usarse un penetrómetro atornillando aletremo de la tubería de peroración, que se golpea en su partesuperior de un modo análogo al descrito para la prueba depenetración estándar# Es normal usar para esta labor un peso de 9&,67g, con :9 cm de altura de caída, o sea la misma energía para lapenetración usada en la prueba estándar# ;ambién ahora se cuentalos golpes para &4 cm de penetración de la herramienta#

8 modo de resumen podría decirse que las pruebas de penetracióncónica, estática o dinámica, son $tiles en zonas cuya estratigraía seaya ampliamente conocida a priori y cuando se desee simplementeobtener inormación de sus características en un lugar específco'pero son pruebas de muy problemática interpretación en lugares noeplorados a ondo pre!iamente# -a prueba de penetración estándardebe estimarse preerible en todos los casos en que su realización seaposible#

b ;ipo


5/11

Po!os a cielo abierto con muestreo inalterado "#alicata$: Estemétodo de eploración ha sido ya descrito por lo que no se consideranecesario describirlo nue!amente# >in embargo, es con!enienteinsistir en el hecho de cuando es actible, debe considerarse el me/orde todos los métodos de eploración a disposición del ingeniero para

obtener muestras inalteradas y datos adicionales que permitan unme/or proyecto y construcción de una obra

Muestreo con tubos de pared del%ada) (esde luego de ning$nmodo y ba/o ninguna circunstancia puede obtenerse una muestra desuelo que pueda ser rigurosamente considerada como inalterada# Eneecto, siempre será necesario etraer al suelo de un lugar conalguna herramienta que ine!itablemente alterará las condiciones deesuerzo de su !ecindad' además, una !ez la muestra dentro delmuestreado no se ha encontrado hasta hoy y es dudoso que /amásllegue a encontrarse, un método que proporcione a la muestra, sobre

todo en su cara superior e inerior los mismos esuerzos que tenía "insitu"#

Este tipo de muestreo no es recomendable para suelos muy blandos,con alto contenido de agua y arenas, ya que en ocasiones no logranetraer la muestra, saliendo a la superfcie sin ella#

Métodos %eof&sicos

-os tres métodos que se !erán a continuación tienen el ob/eti!o desaber las razones de cambio de las características ísicas delsubsuelo# Estos métodos son rápidos y permiten in!estigar en áreasde gran tama2o pero presentan la des!enta/a que no dan sufcienteinormación sobre el suelo a dierencia de los métodos anterioresdonde se puede calcular la compresibilidad, porosidad, cantidad deagua, entre otros# Con estos métodos solamente se realizan estudiospre!ios, no se deben de utilizar para fnes de cimentación#

Método s&smico

El sondeo sísmico tiene como base las propiedades de los materialesque se encuentran en el subsuelo y estos materiales permiten latransmisión de ondas sísmicas conocidas como elásticas# -as ondas

sísmicas obedecen a las leyes de reracción las cuales están basadasen los principios de ?ermat y


6/11

este método no son precisos, pudiera ser que el método sísmico no serelacione con la geología del lugar ya que las capas del subsuelo noden una respuesta a cualquiera de las siguientes condiciones) laprimera es la !elocidad de propagación debe incrementar con laproundidad de las capas# @ la segunda es que una de las capas debe

de tener un gran espesor, mayor que la longitud de onda para poderser detectada# Atro importante detalle es que la distancia de la líneasísmica y esta debe ser al menos tres !eces mayor que la proundidada la cual se desea hacer el estudio#

En cuanto al equipo que se utiliza esta el sismógrao el cual es unaparato dise2ado para poder !isualizar en la pantalla toda lainormación registrada y así poder analizar me/or y rápidamente losdatos de las ondas primarias conocidas como longitudinales, entreotras cosas este equipo cuenta con una salida para imprimir lossismogramas por medio de un papel electrosensiti!o en donde

quedan registrados los datos) tiempo de registro, tiempos de retrasocuando eisten, contador de golpes ya que a mayor n$mero de golpesmayor apilamiento de la se2al y por $ltimo, la utilización de fltros ylos canales que se utilicen# 8sí como el !alor de las se2ales a la cualtu!ieron que ser a/ustadas, para poder lograr una dierencia con elruido eistente en la zona de estudio en el cual puede ser natural yBoartifcial y fnalmente el !alor del tama2o de la traza, la cual se a/ustamanualmente para poder asegurar la claridad de las llegadas de lasondas longitudinales#

En el método sísmico lo que se busca es saber cuál es el tiempo

mínimo que tardan las ondas en propagarse en el medio, desde elmomento en el que se generan mediante una ecitación hasta quellega a los dierentes reractores en el subsuelo y hasta que emergena las superfcie donde son detectados mediante geóonos cuyadistribución se conoce como tendido sísmico#

Método de resistividad eléctrica

-os sondeos de resisti!idad eléctrica usan la electricidad con la cualconocen las características que presentan los materiales que seencuentran en el subsuelo en los métodos eléctricos encontramos laresisti!idad que es la oposición de los materiales al paso de lacorriente eléctrica y por otro lado tenemos la conducti!idad quepermite el paso de la corriente eléctrica a tra!és de los materiales enel subsuelo, estos conducen la corriente eléctrica en orma iónica yelectrónica' en el primer caso la conducción se realiza a tra!és de los.uidos contenidos en los poros de la roca y en el segundo caso laconducti!idad se realiza por medio de los minerales metálicos#

ormalmente se considera que la conducción de la intensidad decorriente en el subsuelo es de manera iónica por esta razón laresisti!idad depende de las condiciones ísicas y químicas de las rocasencontradas en el subsuelo como por e/emplo el grado de saturación,ractura miento, porosidad, entre otras#


7/11

El equipo usado para obtener los datos consta de un receptor, untransmisor, dos carretes con sus cables y unos electrodos de metal# Elreceptor es ligero y tiene una pantalla en la cual se pueden !er lasmediciones de los !olta/es de las baterías se obser!a el potencialnatural y el !olta/e primario# El transmisor genera corriente continua y

manda las lecturas de corriente a una pantalla la cual tiene !ariasescalas de corriente con un sistema que permite medir la resistenciadel terreno para poder seleccionar de orma adecuada las escalas de!olta/e y la intensidad de corriente#

-os electrodos de potencial y de intensidad de corriente soncolocados en la superfcie del terreno para realizar la lectura de ladierencia del campo potencial y el de la intensidad de corriente quecircula en el subsuelo# Con los !alores de !olta/e, intensidad decorriente y el actor geométrico que es el que relaciona la distanciaentre los electrodos, con estos datos se puede calcular la resisti!idad

aparente# %ara realizar cada medición se incrementa la distanciaentre los electrodos de la intensidad de corriente pero cuando los!alores de la dierencia de potencial resultan ser muy peque2os hayque aumentar la separación entre los electrodos, debiéndose tomar almenos una lectura de datos con dos dierentes posiciones deelectrodos de potencial y una sola con la posición de electrodos deintensidad de corriente a dicho proceso se le conoce como traslape#

Métodos ma%néticos y %ravimétricos

En este método al igual que los anteriores en cuanto a su propósito ladierencia se encuentra en el equipo, el este caso método magnéticose utilizara un magnetómetro, con el cual podemos conocer el campomagnético que se encuentre en la zona que se delimita por lasestaciones receptoras# En cuanto al método gra!imétrico se mide elcampo gra!imétrico en dierentes puntos del terreno# %ara poderinterpretar los resultados se puede establecer que si los !alores delmétodo utilizado, entre más alto sea el !alor registrado quiere decirque eiste un estrato rocoso en el área estudiada# >i no es así, quieredecir que en el área eisten masas ligeras o ca!ernas# 8un así serequiere la ayuda de un eperto porque la interpretación de losresultados es muy complicada#

Muestreo y conser!ación de muestrasEl muestreo incluye la toma del material que orma el suelo de modotal que tenga en cuenta la !ariabilidad del mismo, el mane/o,transporte y tratamiento de la muestra y, por $ltimo, la toma de

racciones para las determinaciones analíticas concretas# El muestreode un suelo es por tanto, la etapa pre!ia al análisis y determinación


8/11

de contaminantes# Es probablemente la ase más importante para laobtención de datos analíticos que puedan considerarse con seguridaddatos de

El muestreo no es un hecho aislado, no consiste sólo en la toma de

Muestra de un determinado suelo y lugar, sino que es toda unaestrategia y

Metodología, relacionada con la heterogeneidad del medio, con el tipoy cantidad de contaminantes que pre!isiblemente puede contener,con las técnicas que !an a usarse en las determinaciones analíticas ysus límites de detección, con las dimensiones del área a estudiar, conla precisión y grado de certeza con que se quiera e!aluar la pre!isiblecontaminación, y con otras !ariables locales# En cualquier caso, elmuestreo debe ser representati!o, esto es, que una representati!idadde una muestra son las siguientes)

'ipos de muestreo para suelos

El ob/eti!o esencial de un muestreo es elegir una parte del suelo quesea representati!a del todo0uno# Eisten !arias opciones para realizar

un muestreo y lograr que sea preciso y correcto y al mismo tiempo nosea muy costoso# -os métodos usados son los siguientes#

Muestreo al a!ar

Es probablemente el más simple de todos# -a selección de las

muestras se de/a completamente al azar y no hay relación con

ninguna !ariación obser!ada en el suelo# Es un método por el quecada muestra o propiedad del un suelo tiene la misma probabilidadde ser tomada y considerada# En un campo homogéneo es un métodosatisactorio, pero si eiste una gran !ariabilidad en la población es

me/or usar uno de los métodos siguientes#

Muestreo sistemático

Como el propio nombre indica, el muestreo debe ser hecho

sistemáticamente# %or e/emplo, a inter!alos f/os *cada 6 cm, o sóloen laderas y cimas de montes, o para una fnca el suelo que está ba/ocada árbol, etc# Este tipo de muestreo se puede combinar con el

anterior al azar# -as posiciones de las tomas de muestras debenlocalizarse pre!iamente en un mapa *tanto las sistemáticas, como las

al azar y se pueden elegir todas o sólo una de cada dos, por e/emplo#

;ambién se pueden establecer cuadrículas y tomar la muestra en elcentro de cada cuadrado, o alternati!amente uno de cada dos, o en

los !értices de cada cuadrado, etc# -a malla depende del área amuestrear y de la eactitud y representati!idad que se quiere

conseguir# Este muestreo sistemático da resultados más eactos que

el muestreo al azar, porque las muestras se distribuyen másregularmente en toda la población#


9/11

>in embargo, si la población presenta una !ariación periódica

*sistemática de una propiedad, o si el inter!alo entre muestrassucesi!as coincide con el ritmo de !ariación, se obtendrán muestras

sesgadas, por lo que antes de proceder a este tipo de muestreo serecomienda hacer un estudio preliminar para conocer la naturaleza y

!ariabilidad del suelo#

Muestreo estraticado

>e emplea normalmente en áreas heterogéneas# %ara ello, se di!ideel área en partes relati!amente homogéneas, a las que se denomina

Destratos y en cada una de ellas se realiza un muestreo sistemáticoo al azar, tomando un n$mero de muestras proporcional al área que

representan respecto al total#

Muestreo compuesto

>e trata de mezclar las muestras tomadas en un área determinadapara obtener una sola que presumiblemente representa al total# ;iene

la !enta/a de que permite un muestreo mayor sin aumentar eln$mero de análisis# Este tipo de muestreo es !álido si)

5 el !olumen de la muestra representa a una población homogénea,

F en la muestra compuesta contribuyen por igual cada una de las

muestras indi!iduales,

& no se han eectuado cambios durante la manipulación para

obtener la muestra compuesta, que pudieran aectar a los resultadosanalíticos, y

G el $nico ob/eti!o es estimar unos !alores medios sin ning$n tipo deriesgos# Este tipo de muestreo se realiza cuando la media es más

importante que la !ariabilidad# El n$mero de muestras para mezclaroscila entre G y 59 *máimo F6, y como regla general, el área

representada por una muestra compuesta no debería ser superior a 5


10/11

calentado pre!iamente# -a temperatura del aire no debe pasar de los

&6HC *con humedades relati!as menores del 94I, porque a mayorestemperaturas puede ocasionar cambios drásticos en algunas

características ísicas y químicas del suelo# El secado conducenormalmente a aumentar la cementación, lo que puede aectar

después al análisis granulométrico# >i tiene lugar además a altatemperatura puede producir cambios en el estado de oidación de loselementos *?eFJ por e/emplo y en el potasio de cambio, y la orma

de presentarse el y el %, así como producir ciertas reaccionesmicrobiológicas# Estas transormaciones serán más importantes

cuanto más tiempo dure el secado#

%ara secar una muestra, se debe etender y destruir con cuidado losagregados groseros que se detecten a simple !ista, por e/emplo con

rodillos de madera o maza de mortero de caucho# 1na muestra debe

estar h$meda el menor tiempo posible porque se considera que engeneral en una muestra seca se reducen las reacciones químicas ybioquímicas al mínimo, e!itando que tales reacciones sean una

posible uente de error#

1na !ez seca la muestra se puede pasar a la ase de preparación*homogenización, molienda, tamizado y reducción del tama2o, o bien

es almacenada hasta que pueda entrar en la rutina de los análisis decontaminantes

Metodología para declarar un suelo contaminado 533 otros

parámetros# En la tabla G#5, se dan algunas recomendaciones enrelación con los contenedores que se deben usar y tiempos máimos

que pueden transcurrir antes del análisis de determinadoscontaminantes# En general es recomendable que las muestras se

analicen tan pronto como sea posible, en caso contrario debenconser!arse en cámara rigorífca a GHC#

Pre tratamiento

El pre tratamiento de las muestras consta de !arias etapas quedependen del tipo de muestra y de su naturaleza, así como de losrequerimientos indi!iduales de los análisis que se !ayan a lle!ar a

cabo# El principal ob/eti!o de cualquier tratamiento preliminar esproporcionar sus muestras adecuadas, las cuales sean tanto

representati!as del suelo que se quiere caracterizar como compatiblecon el análisis que se !a a lle!ar a cabo# -as dierentes operacionesde pre tratamiento !an a depender, por tanto, de cada problemática

concreta, pero en general suelen emplearse las siguientes) secado,tamizado para eliminar sólidos !oluminosos y homogeneización por

mezcla yBo trituración hasta un determinado tama2o de grano#


11/11

(ecado

-a muestra completa se seca al aire o en una estua de secado a una

temperatura no superior a G4HC# Elsuelo debe etenderse ormandouna capa de grosor no superior a 56 mm, utilizando una bande/a que

no absorba humedad del suelo y que no produzca contaminación#%ara acelerar el proceso de secado, puede reducirse el tama2o de los

terrones mayores de suelo mediante una trituración sua!e que nointroduzca contaminación# Elsecado debe proseguirse hasta que la

pérdida de masa de la muestra de suelo no sea mayor de un 6I enFGh#

'rituración y eliminación de materiales %ruesos)

;amizado Cuando la muestra de suelo se ha secado hasta ormar

terrones, es necesario lle!ar a cabo un proceso de trituración# 8ntes

de iniciarlo, cantos, ragmentos de !idrio, residuos, etc# debeneliminarse# -a masa total de muestra seca, y la masa de cualquiermaterial eliminado en esta etapa, debe e!aluarse y anotar los

resultados# 1na !ez secada y separados los ragmentos etra2os, lamuestra debe reducirse de tama2o por trituración hasta alcanzar untama2o de partícula inerior a Fmm# En este sentido, es aconse/able

determinar la distribución de tama2o de partícula *cur!a detamizado#

Pulveri!ación

>i el material que se estudia es un suelo contaminado o un residuo,puede ser necesario pul!erizar la muestra completa, incluyendo pore/emplo trozos de escoria, hasta que el con/unto pase por un tamiz de

Fmm# G#

*omo%eni!ación-a muestra debe re homogenizarse después de cualquier operación

de separación, tamizado, triturado o pul!erizado, ya que puedeproducirse la segregación de las partículas de dierente tama2o#

+emuestre y #uarteo

El demuestre es necesario cuando la muestra, debido a su tama2o,

no puede almacenarse *muestra de laboratorio o usarse para elanálisis *alícuota, empleándola en su totalidad# -a muestra de

laboratorio que se obtenga debe ser representati!a de la muestra

total# %ara preparar una muestra de laboratorio, se di!ide la muestrasecada, triturada y tamizada *racción

Documents

5 Exploración y Muestreo de Rocas y