Exploracin del Subsuelo

Antes de planificar o emprender cualquier obra de ingeniera, se deben conocer las caractersticas y propiedades del suelo en el cual apoyar. Para ello se debe organizar un plan de exploracin que depende de la magnitud de la obra a realizar y de la naturaleza del suelo involucrado. Entre los mtodos de reconocimiento del suelo se pueden distinguir dos grandes grupos: Reconocimiento de la superficieExploracin del subsueloLos mtodos superficiales de reconocimiento aportan slo datos de la capa superior del suelo y cierta informacin aproximada de las probables. Caractersticas del subsuelo Resulta una indiscutible verdad que el. Comportamiento. De una estructura nunca puede superar el del suelo sobre el cual apoya, ni ningn .edificio puede quedar exento de daos estructurales si lo sustenta un suelo dbilSi se conocen con exactitud las propiedades de un .suelo de fundacin, los resulta- dos beneficiarn siempre la economa y racionalidad de un proyecto. Por el contrario, construir sin conocer las caractersticas del suelo y el subsuelo resulta un falso ahorro, que conlleva a - gastos adiciones posteriores, para reparar los d .os ocasionados por este errorComo usualmente la exploracin del subsuelo no supera el 1% aproximadamente del - costo total de la obra, en ningn caso se justifica su omisin. Debe recordarse que las condiciones Del suelo pueden variar considerablemente en unos pocos metros, y en cualquier direccin. Por lo general se deben cumplir las siguientes etapas Reconocimiento del lugar Planificacin de los sondeos Toma de muestras Pruebas de penetracin localizacin del agua' subterrnea Exploracin geofsica Registro de los resultadLa informacin necesaria debe comprender usualmente los siguientes datos - Las caractersticas geolgicas de los depsitos - La profundidad y espesor de los estratos - La composicin de los suelos r rocas .. - La profundidad y oscilacin del nivel. Fretico - La capacidad res1stente.J compres'1b1lidad

- La densidad, el contenido de humedad y la porosidad - La posibilidad de expansiones y retracciones - La identificacin de fallas potenciales

RECONOCIMIENTO DEL LUGAREsta etapa inicial de la investigacin del suelo incluye:La informacin geolgica de la reginLa actividad ssmica potencialLa inspeccin visual del lugar*La toma de fotografas areas*La observacin de las construcciones existentes

La Informacin Geolgica de la reginLa informacin que se logra reunir de estudios geolg1cos previos en la regin puede resultar de inva lorable ayuda en el caso de construccin de grandes presas, puentes o tneles. El propsito de este ti pode reconocimiento es determinar la naturaleza de los depsitos ubi4:;ados en la. zona, la calidad del suelo predominante, la presencia de fallas geolgicas visibles o potenciales, las cavernas subterrnea- neas, las pasadas inundaciones, .ros minerales que predominan en el subsuelo y muchos otros datos de inters para los ingenieros y expertos.

Actividad ssmica potencialLa posibilidad de una actividad ssmica en la regin resulta un factor decisivo en. la eleccin del - tipo de edificacin y ele sus bases, asi como de los materiales ms idneos segn las estructuras y el destino de las obras. La zonificacin ssmica correspondiente a cada regin da por lo general una - clara indicacin acerca :- La intensidad de la actividad ssmica de la zona- Los niveles de diseo a utilizar- Las aceleraciones mximas del terreno- Los factores de magnificaciri y reduccin de respuestas- Los espectros de diseo- Los respectivos coeficientes ssmicos .de la. Regin.Inspeccin visual del lugarOtra fuente idnea de informacin son los datos que pueden dar la gente del lugar a- cerca de erosiones y deslizamientos pasados, inundaciones o sequias, profundidad necesaria de excavacin de pozos para obtener agua, o con referencia a drenajes previamente realizados en el sitio, re- llenos u otros. Procesos de mejoramiento del suelo, etc. Tambin los vecinos pueden proporcionar anti- guas fotografas del lugar, para comparar con las condiciones actuales de la zona y detectar los. Cambios ocurridos. De esta familia se pueden predecir' las posibles causas de la variacin de las propiedades del suelo y prevenir sus efectos futuros.

Toma de fotografas areasTodo reconocimiento. Areo de la zona permite una mejor observacin en conjunto, para obtener datos to topogrficos, detalles sobre erosiones y cortes en los suelos, afloramiento de rocas, acumulaciones de reas pantanosas, lmites entre diferentes clases de vegetacin y zonas boscosas, caudales de agua, y mucha otra informacin que puede resultar decisiva en la eleccin del lugar para ubicar una construccin, una autopista o un aeropuerto.

Observacin de construcciones existentesLa observacin de las construcciones existentes prximas al lugar, puede aportar datos de gran inters para conocer las caractersticas del subsuelo. Por ejemplo, la presencia de grietas en los muros, desniveles en la entrada de_ los edificios, o paredes fuera de plomada, indican la - existencia de suelos dbiles, compresibles o expansivos

TIPOS DE SONDEOS Y SU PLARIFICACION

Luego que se han obtenido las informaciones preliminares del reconocimiento del lugar mencionadas precedentemente, se procede a planificar el trabajo de exploracin del subsuelo realizando sondeos, tomando muestras, analizndolas en el laboratorio e interpretando los resultados. -TOMA DE MUESTRAS:Existen dos tipos de toma de muestras las disturbadas y las no disturbadas. Las muestras disturbadas son las cuales el suelo se ve considerablemente alterado y su contenido de humedad aumenta. El grado de alteracin de la muestra depende como se manipula al penetrar el tubo tomamuestras al suelo, el peso especfico, sus caractersticas de compactacin y los lmites de Atterberg en las arcillas.Las muestras no disturbadas se refieren a las tomadas adoptando precauciones para minimizar la alteracin del suelo y poder presentarlo en su estado natural de consolidacin. Se requieren ms cuidados para minimizar la alteracin de la muestra y por lo tanto son ms difciles de obtener. Los mtodos ms usuales son: Excavacin de pozos en suelos cohesivos, perforacin con taladros en rocas, con Tubo Shelby, Utilizando el tubo delgado Sueco.Tubo Shelby:Es un cilindro hueco de pared delgada que se empuja con rapidez para poder penetrar el suelo, presionndolo a mano, sin hacerlo girar o vibrar ni percusin hasta llegar a los 15 metros aproximadamente.Los tubos son de 4 tamaos: 50, 70,85 y 120 mm de dimetro interno y longitudes entre 45 y 75 cm. Luego de que el tubo penetra la profundidad deseada, se extrae cerrando una vlvula en su inferior, apenas obtenida la muestra los extremos se los deben sellar con parafina y tapas metlicas, manipulndolas con cuidado para que no se sacuda o trepide.Al da siguiente se verifica que altura alcanzo el nivel fretico en el hueco donde se tom la muestra y posteriormente se lo rellena con tierra.Las nicas limitaciones que presenta el tubo Shelby es la longitud de las mismas, porque los extremos del tubo se deben eliminar y generalmente se distorsiona por la friccin y adherencia.Cuando se deba tomar muestras sucesivas del suelo en profundidad se perforan agujeros de sondeo que se estabilizan con lodo bentnitico y se extrae la muestra hasta la profundidad necesaria.Tubo Delgado Sueco:Es un tomamuestras de pistn estacionario diseado para anular la friccin entre la muestra del suelo y las paredes internas del tubo eliminando el movimiento relativo entre ambos. Se logra con una serie de hojas metlicas muy delgadas en forma de espiral que van unidas en la parte superior a un pistn flotante.El pistn y las espirales permanecen fijos a medida que el tomamuestras penetra en el suelo por presin esttica y sus paredes se van deslizando dentro de las espirales, estirndolas. Su empleo no est indicado sin embargo en arenas ni gravas, este tubo fue diseado para arcillas y limos blandos.Se utiliza la parte central de la muestra nicamente por que no sufre alteraciones ni desplazamientos ni alteraciones. Las muestras se extraen cada 1.5 m de profundidad en suelos homogneos, pero si hay cambios en el suelo se deben obtener nuevas muestras.TOMA DE MUESTRAS EN SUELOS GRANULARES:Para suelos granulares es necesario aplicar un tratamiento artificial que les provoca cohesin temporal. Existen dos mtodos:Congelar el suelo alrededor de la muestra, es un mtodo que puede resultar costoso y poco prctico. Es ms sencillo inyectar un lquido gelatinoso en los poros de los suelos granulares, que reemplace el agua contenida en ellos. Se utilizan derivados del petrleo. La nica diferencia entre una muestra no disturbada en relacin a otra disturbada es la densidad del suelo. TOMA DE MUESTRAS EN EL FONDO DEL MARCuando las muestras son tomadas mar afuera se emplea equipos montados sobre grandes lanchas con taladros o barrenos dentro de tubos que descienden hasta el fondo de las aguas y toman las muestras en el lecho marino. En aguas profundas se utilizan tcnicas ms sofisticadas tales como proyectiles teledirigidos con cargas explosivas. Tambin se utiliza cajones neumticos que se hacen descender hasta la superficie de la plataforma submarina, con juntas flexibles. Los inconvenientes ms comunes son la variacin de la presin hidrosttica que incrementa la formacin de burbujas de aire dentro del tomamuestras.Cuando las estructuras se fundan sobre pilotes estos se hincan hasta el rechazo y adoptan capacidades portantes del suelo afectadas de factores de minoracin para mayor seguridad.El nmero de veces por lo general es mayor al de tierra firme debido a la mayor dispersin obtenida en los resultados. Usualmente se extraen muestras cada 60 cm y a profundidades que alcanzan los 1000 m PRUEBAS DE PENETRACIONEs el procedimiento mas rpido y econmico aplicable a la mayora de los suelos. Resultan especialmente indicadas para determinar la consistencia de los depsitos cohesivos y la densidad relativa de los granulares. Existen dos tcnicas para introducir un penetrometro en el terreno:

Penetracin esttica- Cono Holands, las pruebas de penetracin esttica estn reservadas para los suelos choesivos y depsitos arcillosos blandos y limosos. Para ello se usan penetrometros con una punta conica unida a una barra de dimetro reducido que se va haciendo penetrar en el suelo a velocidad regulada. Esta prueba es muy sensible a los cambios de consistencia del suelo y la velocidad de penetracin que puede desarrolar es limitada variando entre 10 a 20 mm/seg. El cono holands es el mas popular y presenta un angulo en la punta de 60. Lleva un manguito independiente unido a la parte superior del cono. La resistencia que opone el penetrometro a introducirse en el suelo es la suma de friccion del cono y la del manguito con el suelo.El factor de friccin Fr se obtiene relacionado la resistencia a friccion del manguito y del cono: Fr= resistencia a friccin resistencia del conoPENETRACION DINAMICAEsta prueba de penetracin dinmica es aplicable especialmente los arenosos, las gravas y las rocas blandas, para los cuales la prueba de pentetracion esttica puede resultar difcil de realizar. Una de las formas es mediante conos y puntas de tipo liviano mediano y pesado, el nmero de golpes (N) necesarios para hacerlo penetrar los ltimos 30 cm en el terreno corresponde al de la resistencia en la prueba de penetracin standard. PRUEBA DE PENETRACION STANDARDEsta prueba se realiza en dos etapas sucesivas:Perforar un hueco en el suelo, para esto se debe perforar un hueco mediante cualquiera de los mtodos mencionados, empleando barrenos, inyeccin de agua, sondeos rotativos, etc. Si el terreno es blando o se desmorona con facilidad se deben colocar tubos o camisas de entibacin para evitar la cada de las paredes lo obstruya, o llenarlo de lodo bentonitico.Cuando se alcanza la profundidad deseada se hace descender hasta el fondo del hueco un toma muestras y se hinca con golpes de maza o martinete de 65 kg de peso y una cada libre desde una altura de 75 cm.Primero se tiene que penetrar el suelo unos 45 cm para que se asiente el estrato y luego se cuenta el nmero de golpes necesarios para hincarlos 3 tramos de 15 cm por vez. N resulta el nmero de golpes que se debe aplicar para hacerlo penetrar los ltimos 30 cm. En estas muestras se puede apreciar el grado de humedad del suelo, la composicin, la estratificacin la consistencia, etc.El coeficiente de correccin es Cn= 0.77 log10 20/PRUEBA DE LA VELETALa prueba de la veleta es un mtodo sencillo y til para determinar en el lugar la resistencia a corte de las arcillas blandas, los depsitos de limos o los suelos de granos muy finos no drenados y libres de partculas de arena o grava, sin necesidad de tomar muestras no disturbadas.La tpica es con una altura L=2D, siendo D en ancho total de las aspas. Una barra centra de soporte vertical conecta las aspas con el mecanismo superior que las hace girar y mide las fuerzas que se ejercen. La veleta se introduce forzndola en el suelo, en el fondo de un pozo previamente cavado en el lugar a una profundidad entre 2D y 5D, luego se aplica un momento torsor a la barra de soporte. La resistencia de agotamiento del suelo a corte u= 2MT/d2LLa resistencia a corte u de los suelos cohesivos depende fundamentalmente de la cohesin C. Para diseo se acepta C= uAlgunos investigadores han relacionado el valor de u obtenido mediante el ensayo de la veleta, pudiendo aceptarse en forma aproximada u u/2

Excavacin de pozos.-Generalmente se los excava a mano, con_ picos y palas, si bien hay tambin equipos para realizarlo en forma mecnica. Este sistema de reconocimiento se emplea generalmente para los estratos superiores del suelo, con profundidades mayores a los 5 m., y en pozos con dimensiones tales que pueda trabajar con comodidad el operario y su equipo. En suelos permeables, la excavacin alcanza el nivel-- fretico y si se desea continuar con la operacin, se debe recurrir a tcnicas de drenaje. Barrenos.-Un barreno es una herramienta sencilla que puede accionarse a mano o mecnicamente y en suelos cohesivos permite hacer huecos profundos y estrechos sin necesidad de entubado para.- contener las paredes, antes de alcanzar el nivel fretico.

Sondeos por inyeccin de aguaSe. Los conoce tambin por sondeos lavados, pues simultneamente a la perforacin del suelo se van aplicando inyecciones de agua a presin. Para ello se usa una broca o cincel cnico que lleva en su interior una barra d sondeo hueca.

Localizacin de aguas subterrneasel mtodo numero para determinar el nivel fretico propuesto por Hvorsley consiste en cavar un pozo hasta una altura D0 medido desde la superficie del terreno como se ve en la imagen, midiendo el descenso o ascenso hn del agua en intervalos de tiempo TLos valores de Hn corresponde a la distancia entre el nivel de agua y la profundidad del nivel fretico estable

Para medir la presin artesiana existen dos tipos de piezmetro el sellado y el de Casagrande funciona segn se muestra en la figura

Exploracin GeofsicaMediante la exploracin geofsica se puede determinar propiedades fsicas de los estratos que conforman el suelo, su homogeneidad, densidad, profundidad, etc. Se puede aplicar en grandes reas y con rapidez en los resultados. Podemos mencionar las siguientes tcnicas:-mtodo de refraccin ssmica.- usado para determinar los contornos de los estratos consiste en la produccin de energa por vibracin emitiendo ondas en todas las direccin y diferentes velocidades segn la densidad del estrato. Da mejores resultados en suelos que tienen bien definido los lmites de sus estratos, especialmente cuando la densidad aumenta con la profundidad Dentro de los tipos de ondas estn las ondas longitudinales de compresin que son de mayor importancia para estudios estratigrficos, su velocidad de propagacin depende del mdulo de elasticidad, coeficiente de poisson y del peso especfico, son detectadas mediante gefonos

Espesor H1 del estrato superior

OE es el tiempo q demora la onda directa, emitida desde la fuente para llegar a gefono

Mtodo de resistividad elctricaEste metodo se basa en el reconocimiento de los diferentes materiales que componen un suelo segn su reaccin al recibir un flujo de corriente electrica. El grado de compactacin y contenido de humedad hacen variar su resistividad

Mtodo gravimtrico y emisin de ondasEl mtodo gravimtrico se basa en la medicin de la fuerza dela gravedad mediante el empleo de balanzas electrnicas de torsin, que permiten distinguir los depsitos segn su densidadEl de emisin ondas miden el tiempo de recorrido de las ondas y registran mejor los resultados en suelos blandosRegistro de los resultadosEl registro de los resultados de exploracin del subsuelos nos permite determinar el perfil, la naturaleza de los estratos, heterogeneidad, la presencia de agua subterrnea y otros aspectos que afectan a su capacidad portante. La informacin que deben proporcionar los ensayos debe ser la altura de los estratos, contenido de humedad y porosidad, consistencia y actividad, peso especfico y tamao de los granos, comprensibilidad, cohesin, ngulo de friccin capacidad portante y resistencia