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COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD INSTITUTO DE iNVESTIGACIONES ELECTRICAS

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[AL DE DISEÑO DE CIVILES·

MEXICO

El presente trabajo se llevó a cabo con la colaboración del Inslítuto de Ingeniería de la UNAM, a quien eFE y el HE reconocen su valiosa aportación t0cn::-,,;.

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, I/',! '". ,1 ..

COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD

LIC. RUGO CERVANTES DEL RIO Director General

ING. MANUEL MORENO TORRES Sub ... Director General

ING. ADOLFO MARTINEZ VARA Oficial Mayor

ING. JORGE A. CABEZUTBOO Gerente General de Proyectos y Construcci6n

ING. JOAQUIN CARREON .. HERNANDEZ. Gerente General de Estudios e Ingeniería Preliminar.

INSTITUTO DE INVESTIGA.CIONES ELECTRICA.S

ING. GUILLERMO FERNANDEZ DE LA GARZA Director Ejecutivo

TNG. EDUARDO HERNANDEZ GORIBAR Director de la División de Estudios de Ingeniería

Elaboración y rf'sponsabilidad df' la f'dicióll: LIC. HUMBERTO HIRIART URDANIVIA. Coordinador dt'l Ct'nlro Editorial dt' c. F . E.

, .

Derechos Reservados conforme a la ley por: Comisión Federal de Electricidad. Ródano No. 14, ~téxico 5, D. F. Prohibida su reproducción sin autorización previa de la C. F. E.

Impreso en México 1979 Copyright 1979

114961.

'1': CON TENIDO GENERAL

"" f

SEv 18IA CAPI· DESCRIPeION SEC. TEMA CAP\- DESCRIPCION SEr: TEMA CAPI-

DESCRIPeION CION ru.o CION lU.O pON ru.o

A HIDROTECNIA B GEOTECNIA e ESTRUCTURAS

I HIDROLOGIA I GEOLOGIA I !'-"' I r.rvu;:t CE: OtSENO

I CXWSIOE:RACIONES 1/ DATOS aEOLOGICOS I MET9DOS DE GENERALES REQUERIDOS DISENO

2 PRECIPITACION 2 / CLASlFICACION DE 2 ACCIONES SUELOS Y ROCAS

3 ESCURRIMIENTO 3 I IhFORMACION (lEQ-

3 DISEÑO POR SISMO LOGICA EXISTENTE .. PERDIDAS .. OBTENCION DE .. DISEtlo POR VIEN"n) DATOS GEOLOGICOS

RELACION ENTRE VPRESENTACION DE METODOS DE 5 PREOPlTACION y 5 I DA TOS GEOLOGIC(\~ 2 ANALISIS y DISEÑO !SCURRIMIENTO

6 ANAUSIS ESTADISTICO 2 MECANICA DE I ANALISlS DE SUELOS ESTRUCTURAS

7 TMIIENTA DE DISEÑO 1 EXPLORAaON y

2 CIMENTACIONES MUESTREO tE SJELO!!

,TRANSITO DE PROPIEDADES F1S1 TORRES. MASTlLES e 2 CAS Y MErANICAS 3 AVENIDAS EN \lASOS DElOS SUE~_ Y POSTES

SIMULAClON DEl ESTRUCTURAS .. I TORRES 9 F'IJNaONAMIENTO 3 DE TIERRA DE ENFRIAMIENTO

DE UN VASO 10 AVENIDA DE DISEÑO .. CIMENTACIONES 5 TANQ(.ES Y DEP06f1OS

11 PREDlCOON DE 3 MECANICA DE 6 TU8ERIAS AVENIDAS ROCAS

2 HIDRAULICA I ESTABILIDAD DE 7 CHIMENEAS TALUDES

I eCl..JtRIMlENTO A 2 OBRAS SUPERFICIE UBRE SUBTERRANEA~

2 HlDRAUUCA F1.UVIAL 3 CIMENTACIONES

OBRA DE TCMA PARA PRUEBAS DE CAM-3 PUNTAS HIlROELEC- 4 PO Y L.ABORAltlRlO

TRICAS 0!3RAS DE TOMA Y TRATAMIENTO .. SISTEMAS DE ENFftIA- 5 DE MACIZOS MIENTO PARA ~ TERMOElfCTRlCAS ROCOSOS

5 COtOJCCIOtI:S A PRE- 6 INSTRUMENTACo. 510N

6 MAQUINAS 7 PROCEDIMIENTOS I HIDRAUUt.\S DE EXCAVAClON

7 CAMARAS DE Mi'.II J'JL'1CW

8 GOLPE DE ARIETE

9 OBRAS DE EXCEDENCIAS

TECNICAS EXPEAIMEN- f-10 TALES

11 ALlMENTACION Y DES-~ DE T\.RINAS --PlMEAClON DE SlSTE-

12 MAS DE Af'f'IOVECHA-MI ENTO tOtAUUCO

13 METODOS MJMERICOS.

1

,. , '" i '

INTRODUCCION

El presente Manual no es solamente la actualización del original edi~ tado en 1969, sino que también incluye el desarrollo de la ingeniería civil en el uso de modelos específicos de análisis y la acumulación de experiencias de técnicos mexicanos en el diseño de grandes presas, de túneles y en la Mecánica de Rocas; todo ello aunado a la valiosa ayuda que el Manual ha sido tanto para los técnicos mexicanos como para los de países de habla hispana de Centro y Sudamérica, motiva~ ron la elaboración de la nueva versión del Manual de Diseño de Obras Civiles.

Se le ha dado a esta obra una presentación más dinámica, para lo cual el contenido se dividió en tres Secciones: Sección A Hidrotecnia,

. Sección B Geotecnia y Sección C Estructuras. A su vez, cada una de las secciones se subdivide en Temas y Capítulos. El material se presenta en tres Tomos independientes: Tomo 1 Recomendaciones, Tomo 11 Comentarios y Tomo 111 Ayudas de Diseño.

La publicación del Manual será por capítulos, en la forma y tamaño presentes, para permitir modificaciones o actualizaciones a través del tiempo y con el fin de aprovechar el material casi en el momento en que se produzca.

Conscientes de que este material se ha elaborado y seleccionado pen~ sando en el tipo de problemas con que se trabaja constantemente den~ tro del sector eléctrico, creemos que esta obra será de gran utilidad para la mayoría de los ingenieros civiles que ejercen su profesión aun en otras áreas.

El tener una edición dinámica como la propuesta. facilitará a quien io estudie y consulte la adquisición de aquellos capítulos de su espe~ cial interés o bien que, por un sistema de suscripción, los adquiera según se vayan editando.

La Coordinación.

SECCION B. GEOTECNIA • ,:' I ~ 1 .

TEMA 2. MECANICA DE SUELOS

CAPITULO 1. EXPLORACION y MUESTREO DE SUELOS

TOMO la RECOMENDACIONES

Han participado en este Capítulo:

ELABORACION

1ng. Enrique Santoyo Villa 2

REVISION

1ng. Edmundo Moreno Gomez l

1ng. Raúl Cuellar Borja l

1ng. José Manuel Campos Piñal

COORDINACION

1ng. Jorge Arriola Aguilar 1

1ng. Rogerio Zubieta Cardenas 2

1ng. Francisco Cuenca Vazquez 3

En la ~eal~2ac~6n del Manual de V~~eño de Ob~a~ C~v~le~, colabo ~a~on el pe~~onal tlcn~co de la Com~~~6n Fede~al de Elect~~c~-­dad

l e ~nve~t~gado~e~ del ln~t~tuto de lngen~e~la - UNAM 2 y del

In~t~tuto de Inve6t~gac~one6 El€ct~ica63.

1 \

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SECCION B. GEOTECNIA

TOMO l. RECOMENDACIONES

TE~1A 2. HECANICA DE SUELOS

CAPITULO 1. EXPLORACIÓN Y MUESTREO DE SUELOS

-_._--_._--- ---.. --------

I , '1 I

'", I '

CAPITULO l. EXPLORACION y MUESTREO DE SUELOS

l. METODOS SEMIDIRECTOS DE EXPLORACION

1.1 PENETRACION A PRESION (penetrometro holandés)

1.2 PENETRACION DINAMICA (penetracion estándar)

2. PROCEDIMIENTOS DE MUESTREO

2.1 MUESTREO ALTERADO

2.1.1 METOno MANUAL

2.1.2 PENETRACION ESTANDAR

2.2 MUESTREO INALTERADO

2.2.1 METODO MANUAL

2.2.2 TUBO DE PARED DELGADA (Shelby)

2.2.3 BARRIL DENISON

2.2.4 MUESTREALOR PITCHER

3. SUPERVISION DE LA EXPLORACION

4. PROTECCION y TRANSPORTE DE MUESTRAS

4.1 MUESTRAS ALTERADAS

4.2 MUESTRAS CUBICAS INALTERADAS

4.3 MUESTRAS INALTERADAS CONTENIDAS EN TUBOS

5. MAQUINAS y EQUIPOS DE PERFORACION y MUESTREO

5.1 MAQUINAS PERFORADORAS

5.2 BOMBAS DE PERFORACION

5.3 BARRAS Y ADEMES DE PERFORACION

6. TECNICAS DE PERFORACION

I I

\

I

\

B.I

1. METODOS SEMIDlRECTOS DE EXPLORACION'

Los métodos semidirectos de exploracion son las técnicas de penetracion que -

se aplican para determinar la variacion de la resistencia al corte de los sue

los con la profundidad. Los penetrometros que se utilizan son conos o tubos -

de acero que se hincan a presion (estáticos) o con el impacto de una masa (di

námicos); de los primeros, el cono holandés es el de uso más difundido; de los

dinámicos, el más usual es la prueba de penetracion estándar; que además tie­

ne la ventaja de recuperar muestras alteradas que permiten definir confiable

mente la estratigrafía.

1.1 PENETRACION A PRESION (PENETRmiETRO HOLANDES)

El penetrometro o cono holandés se utiliza profusamente en suelos arenosos,

para los que se han desarrollado correlaciones de interpretacion que permi­

ten tentativamente clasificar los suelos en que penetra el cono y definir

confiablemente su compacidad. En arcillas las correlaciones son menos confia

bIes y por ello su uso menos recomendable.

El cono holandés se utiliza en investigaciones geotécnicas de áreas grandes;

su uso está condicionado a que se obtengan correlaciones locales en sondeos

2.1.1

B.l

realizados con el penetrómetro estándar o muestreos inalterados.

1.2 PENETRACION DINAMICA (PENETRACION ESTANDAR)

La prueba de penetración estándar se puede utilizar en cualquier tipo de sue

lo fino hasta arenas, arriba y abajo del nivel freático. En suelos con gravas

aisl&~ds puede operar confiablemente; si el contenido de Rravas es alto, o

existen boleos, o trozos de roca, no se debe utilizar.

Con esta técnica se rescatan muestras alteradas de los suelos y con el número

de golpes con que se hinca el penetróm~tro,indirectamente se mide la resis­

tencia al corte del suelo.

Esta prueba se utiliza en la etapa de exploracion preliminar o como compleme~

to de exploraciones definitivas o en combinación con muestreos inalterados.

2. PROCEDIMIENTOS DE MUESTREO

Los procedimientos de muestreo son las tecnicas que se aplican para obtener­

especímenes alterados o inalterados de diferentes profundidades del subsuelo,

con los que posteriormente se realizan pruebas de laboratorio para conocer -

sus propiedades índice y mecánicas.

~~ehtna4 atteñadah. Son muestras cuyo acomodo estructural se pierde a conse­

cuencia de su extracción; se utilizan en el laboratorio para identificar el­

tipo de suelo a que corresponden, realizar pruebas índice y preparar especí­

menes compactados para someterlos a pruebas mecánicas.

Muehtna4 inalte4adah. Son muestras cuyo acomodo estructural está relativamen­

te inalterado, ya que necesariamente se inducen cambios de esfuerzo por su

extracción y estos generan cambios volumétricos; estas muestras se utilizan

en el laboratorio para identificar el tipo de suelo a que corresponden, rea­

lizar pruebas índice y mecanicas.

2.1 MUESTREO ALTERADO

2.1.1 METODO }UUWAL

La obtencion de muestras representativas alteradas de cualquier tipo de sue-

2.1.2

B.I

lo localizado arriba o abajo del nivel freatico puede hacerse con herramien­

ta de mano, mediante pozos someros de pequeño diámetro, pozos excavados a

cielo abierto, cortes o zanjas.

La limitación de este metodo radica en su lentitud y en que solo se pueden 11 ,

alcanzar, eficientemente, profundidades someras (menor de 10 m). ..¡ .

2.1.2 PENETRACION ESTANDAR

Para obtener muestras alteradas de profundidades mayores de las que alcanza

el método manual, debe recurrirse al uso del penetrómetro estándar descrito

en el inciso 1.2.

2.2 MUESTREO INALTERADO

2.2.1 lIETODO MANUAL

La obtención manual de muestras inalteradas, permite obtener las muestras con

la menor alteración posible, puede aplicarse en los suelos finos; en los gra­

nulares se puede solo en aquellos que tengan un contenido de finos que les

impongan una pequeña cohesión.

La limitación de este método radica también en su lentitud y que solo se pu~

de utilizar en profundidades someras (menor de 10 m).

2.2.2. TUBO DE PARED DELG~A (SHELBY)

Este muestreador es el más utilizado para obtener muestras inalteradas de

suelos finos blandos a semiduros, localizados arriba o abajo del nivel freá­

ticc.

El diámetro mínL'110 aceptable para este muestreador es 7.5 cm.

2.2.3 }ruESTREADOR DENISON

Con este muestreador que opera a rotación y presión se obtienen muestras, que

pueden ser inalteradas, de arcillas duras, limos compactos y limos cementados

con pocas gravas. localizados abajo del nivel freático. Arriba de este nivel, ~

las muestras pueden contaminarse con el fluido de perforación y por ello su

uso es poco confiable.

2.1. 3

B.l

2.2.4 11UESTREADOR PITCHER

Con este muestreador que opera a rotación y presión se pueden obtener mues­

tras, que pueden ser inalteradas, de suelos como: arcillas duras, limos com­

P?rtos y limos cementados con pocas gravas; resulta particularmente adecuado .... I "

en los suelos con capas delgadas (hasta de centímetros) de materiales de di-

ferente dureza.

3. SUPERVISION DE LA RXPLORACION

La exploración geotecnica debe realizarse bajo la dirección de un ingeniero

capacitado en la planeación y ejecución de los trabajos. Deberá organizar los

trabajos y recopilar la información que permitan definir confiablemente las

características del subsuelo.

La profundidad a la que debe ord~nar se hagan los sondeos será hasta donde -

el incremento de esfuerzos verticales sea de 10 por ciento del esfuerzo ver­

tical inicial, salvo que se encuentre roca.

4. PROTECCION y TRANSPORTE DE t-fiJESTRAS

4.1 MUESTRAS ALTERADAS

Las muestras deben identificarse claramente y colocarse en recipientes imper­

meables o protegerlas adecuadamente para que conserven su contenido d~ agua

natural. Durante su transporte deben estar protegidas de los agentes atmos -

fericos.

Las muestras alteradas deben mantener el contenido de agua natural y no haber

sufrido alteraciones químicas.

4.2 MUESTRAS CUBICAS INALTERADAS

Las muestras deben identificarse claramer.te, proteger sus superficies expue~

tas con material impermeabilizante y transportarse en cajas con empaque amor ~-~ -~. ------_.,, -

tiguante de las vibraciones que podrían sufrir.

Las muestras inalteradas deben conservar la estructura del suelo, mantener el

contenido de agua natural y no haber sufrido alteraciones químicas.

2.1. 4 I

I ,

B.l

4.3 MUESTRAS INALTERADAS CONTENIDAS EN TUBOS

Se deben tener cuidados similares a los descritos en el inciso 4.2. Se reco­

mienda además que la extracción de las muestras de los tubos se haga a no mas

de dos días de su extracción del sitio, para evitar fenómenos de corrosión.

5. MAQUINAS y EQUIPOS DE PERFORACION y MUESTREO

5.1 MAQUINAS PERFORADORAS

Las ~quinas más adecuadas para la exploración geotecnica son ~quellas capa­

ces de operar a velocidades de rotación bajas (50 rpm) y potencia alta (mayor

de 40 HP); características necesarias para trabajar con los muestreadores

Denison y Pitcher y sobre todo para el manejo de espirales de perforación; su

sistema de gatos hidraulicos para carga vertical debe tener una carrera míni­

ma de un metro de longitud para hincar los tubos de pared delgada y muestre~

dores de rotación de manera continua, sin interrupciones que afecten la cali

dad de la muestra.

5.2 BOMBAS DE PERFORACION

La bomba que se utiliza para inyectar el fluido de perforación puede ser de

dos tipos: las de pistón, capaces de manejar agua y lodos de muy baja den­

sidad y las de cavidad progresiva, que manejan desde agll~ hasta lodos de den

sidad alta con sólidos de suspensión. Estas últimas SO.l las mas recomendables

para la exploración geotecnica, porque operan a presiones bajas gastos altos

y con ello reducen el efecto erosivo del chiflón de descarga; tienen la ven­

taja adicional de que con el lodo se elimina la necesidad de ademe metalico.

5.3 BARRAS Y ADEMES DE PERFORACION

Se recomienda usar las barras de perforación de diametro nominal EW para son­

deos superficiales y pruebas de veleta; las A~ y BW para la operación de mues

treadores y la ejecución de pruebas de penetración estandar y las BW y ~T pa­

ra la operación de muestreadores rotatorios; las barras NW no deben utilizar­

se para ~a prueba de penetración estandar por su elevado peso. De lo anterior

se concluye que las barras BW son las de uso mas g8neral en trabajos de expl~

ración geotécnica.

2. 1 .5

B.l

Los ademes metálicos recomendables son los de diametro nominal NW porque pe~

mite el paso del penetrómetro estándar y el HW, que por su diámetro permite

el paso de los muestreadores Shelby y Denison.

6. TECN1CAS D: ~ './¿~;FORACION

Para introducir los muestreadores a la profundidad que interesa obtener mues­

t~as alteradas o inalteradas, se deben realizar perforaciones de acceso, sal­

vo que se utilice muestreadores Denison o Pitcher de una manera continua y

aún en ese caso conviene abocardar la perforación a un diámetro mayor. El dia

metro máximo de perforación para sondeos de exploración es de 15 cm y el mini

mo aquel en que pueda penetrar libremente el muestreador que se utilice.

Las técnicas aplicables para realizar estas perforaciones se presentan en la

tabla 1.1 en la misma que se observa que en la elecéión de la técnica influ­

ye: el tipo de suelo, la posición del nivel freático y la profundidad que de­

be alcanzar el sondeo.

TABLA 1.1. Técnicas recomendables de perforación

Técnica Suelo en que se aplica Observaciones

Pozos a cielo abierto Todos Aplicable solo en sondeos someros

Lavado con agua o Cones;vos blandos y are Aplicable abajo del lodo nas con poca grava nivel freático

Con agua Todos Aplicable abajo del Rotación o lodo nivel freático

en seco Todos I\plicable arriba y abajo del nivel freático

2.1. 6

CAPITULO l. EXPLORACION y MUESTREO DE SUELOS

l. t1ETODOS SEMIDIRECTOS DE EXPLORACION

1.1 PENETRACION A PRESION (cono holandes)

1.1.1 CARACTERISTICAS

1.2 PENETRACION DINM1ICA (penetrómetro estándar:

1.2.1 CARACTERISTICAS

2. PROCEDIMIENTO· DE MUESTREO

2.1 MUESTREO ALTERADO

2 • 1 • 1 t1ETODO UANUAL

2. 1. 1.1 Equipo

2.1.2 PENETRACION ESTANDAR

2.2 MUESTREO INALTERADO

2.2.1 METOno MAJillAL

2.2.1.1 Equipo

2.2.2 YúBO DE PARED DELGADA (Shelby)

2.2.2.1 Características

2.2.2.2 Condiciones geometricas

2.2.3 BARR~DENISON

2.2.3.1 Características

2.2.4 MUESTREADOR PITCHER

2.2.4.1 Características

3. SUPERVISION DE LA EXPLORACION

4. PROTECCION y T~~SPORTE DE MUESTRAS

4 • 1 MUESTRAS ALTERADAS

4.2 MUESTRAS INALTERADAS

5. ~~QUINAS y EQUIPOS DE PERFORACION y MUESTREO

5.1 l1AQUINAS PERFORADORAS

5.2 BOMBAS DE PERFORACION

5.3 BARRAS Y ADEMES DE PERFORACION

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I I I

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B.I1

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CAPITULO 1. METODOS SEMIDIRECTOS DE EXPLORACION

1.1 PENETRACION A PRESION (penetrometro holandés)

El penetrometro holandés es un cono de acero que se hinca en el suelo con -

ayuda de una columna ~e barras, concéntrica a otra tubería exterior que eli

mina la fricción lateral (fig 11.1). Con este sistema de carga se puede me

dir la resistencia de punta (q ) y la friccion lateral (fs); ambas medidas c en el sistema de cilindros hidráulicos con que se genera la fuerza axial ne

cesaria para el hincado (ref 1)

1.1.1 CARACTERISTICAS

En la fig 11.2 se muestra un corte esquematico del penetrometro holandés:

consta del cono de acero de 3.57 cm de diámetro (10 cm 2 de área) con ángulo

de ataque de 60°, una funda deslizante do 3.57 ~m de diámetro y 13 cm de Ion

gitud (147.02 cm2 de área), la tubería interior de 1.5 cm de diámetro con -

un tope, que limita el movimiento de la barra central dentro de la funda a •

4 cm y la tubería exterior de 3.57 cm de diámetro; los tramos de ambas tub~

rías son de 1 m de longitud y se unen para lograr la profundidad requerida.

2.1.1

1-

B.II

1.2 PENETRACION DINAMICA (penetración estándar)

El muestreador o penetrómetro estándar es un tubo de pared gruesa de dimensio

nes especificadas, que se hinca a percusión con energía tambien especificada.

1.2.1 CARACTERISTICAS

Este muestreador consiste de un tubo grueso~ partido longitudinalmente, con

una zapata de acero endurecido y una cabeza que lo une al extremo inferior

de una columna de barras de per'foración que le trasmite la energía de hinca­

do; en la fig 11.3 se muestra el penetrómetro con las dimensiones que debe -

satisfacer (estrictamente) (ref 2). La cabeza tiene una válvula esferica

que se levanta y permite~ durante el hincado, aliviar la presión del fluido

y azolves que quedan en el interior del muestreador, y cae por peso propio

durante la extracción del muestreador, para evitar que la presión del fluido

de perforación expulse la muestra; una variante de esta válvula, es el utili

zar la esfera con varilla (ref 3), mostrada en la fig 11.3, cuyas ventajas

se describen en el Tomo 111. El tubo generalmente está partido longitudinal

mente, para recuperar fácilmente la muestra; otra solución, poco recomenda­

ble, consiste en un tubo sólido con funda de polietileno delgado. La zapa­

ta de acero endurecido es una pieza de consumo que debe sustituirse cuando

pierde las dimensiones especificadas. Opcionalmente el penetrómetro están­

dar puede tener trampa en forma de canastilla para retener muestras de sue­

los arenosos (fig 11.3).

El equipo auxiliar para el hincado consiste de una masa golpeadora de 64 kg

con caída libre guiada de 75 cm, que impacta a una pieza yunque integrada a

la columna de barras de perforación; el diámetro de, estas últimas se elige

de acuerdo con la profundidad, como se indica en la tabla 11.1.

2.1.3

J5.~ --+ •

8\" Cuerdo .,

1 •. 90

~ .-.......,

B.1I

! 1 I i I ¡

, 1 1 1 ! k-.r c:~ b::=r

_5.08 -1 I ~-T r---. 'r i ~ , . . i, _ o:')

f i::>.~ I , , t

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net -ero está

o=:r·50

Vólvulo esférico

1.00

1~ ,

20.00

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O--.L ~

1'1 ula de varilla \a.v

Acotaciones en cm

T \

\

I

f ,

!'-j

B.U

TABLA 11.1 6arra recomendable para la prueba de penetración estándar

Profundldad del sondeo, Barra Diámetro exterior, Peso, en kg/m en m recomendable en cm

15 A~~ 4.44 6.53

10-30 Bl·J 5.40 6.23

2. PROCEDIHIENTOS DE HUESTREO

2.1 :r-1UESTREO ALTERAOO

2 • 1 • 1 r1ETODO HANUAL

Esta técnica de muestreo se utiliza en la etapa de reconocimiento de un si­

tio y en problemas de estructuras que tengan una influencia somer~.

2.1.1.1 Equipo

Cuando el muestreo se hace en perforaciones de pequefio di5metro (rn5ximo 10 cm)

se requieren herramientas manuales de perforación, como la pala posteadora y

barrenas helicoídales (fíg 1I.4) (ref 6).

Cuando el muestreo se hace en zanjas o pozos a cierlo abierto se utilizan pi

cos y palas para la excavacion y esp~tulas para el muestreo.

Podría requerirse adeDar las paredes de la excavación y contar con bombas

p¡:,r;:¡ cxtr:ler el :lgua en sondeos qtce se lleven abajo del nivel freático.

2.1.2 ?ESETK\CIO;\ ESTAi\DAR

Est5 descritn en el inciso 1.2.

2.1.5

1-

I I I . I I I

I

o) Polo posteodoro

B. Il

b) Borreno helicoidol

FIG.II.4. Herramienta manual de perforaci6n

2.2 MUESTREO INALTERADO

2.2.1 METODO ~~AL

Consiste en labrar con herramienta de mano muestras cúbicas de 30 cm de lado;

con este metodo se pueden obtener muestras que conserven el acomodo estruct~

ral de las partículas del suelo. El acceso al sitio de donde se obtengan -

pueden ser pozos a cielo abierto, cortes o zanjas. Las muestras se protegen

con un forro de manta de cielo impregnada con parafina y brea.

2.2.1.1 Equipo

Para el labrado de muestras de suelos blandos se requieren espátulas, para -

2.1.6

I ¡

I

!

I

'''j "/ "

3 tornillos ollen o 1200 c/u

Aro sello de hule

Perforación -----

Tubo----o

A

B.lI

6.00

2.00

lOO 2.50 0.50

2.70

3.70

2.60

2.22

0.95

75.00

Unión con tornillos allen

I

I

J r

AW BW NW

1.95

5.78

=t95

. Cuerdo

""--- repujado

AcotaCiones en cm

Unión con cuerda

FIG.II.5. Muestreador de pared delgada

2.1.7

¡C(

n.u

I 7.00

Sección cuadrado

7.50 Borro cuadrado

Perforaciones

Aro sello .¡ , '" . '

, ' Aro sello 9°l ---~ ~ . ~

Borro circular

\\----- Cuerdo repujado

75.00

•

~.27

I~ 7.47

~ Acotaciones en cm 7.62

Unión con cuerdo

FIG.II.6. Muestreador de válvula deslizante

2.1. 8

B.II

106 duros un cincel ancho y un marti!lo ligero. Para la protecci6n de las -

muestras manta de cielo, brochas y parafina con brea y una estufa portátil.

2.2.2 TUBO DE PARED DELGADA (Shelby)

El tubo de pared delgada o Shelby es un tubo liso afilado, usualmente de --

7.5 a 10 cm de diámetro, que se hinca a presi6n para obtener muestras rela­

tivamente inalteradas de suelos finos blandos a semiduros, localizados arri

ba o abajo del nivel freatico.

2.2.2.1 Características

Este muestreador está constituido por un tubo de acero o lat6n, con el e~r~

~ ,infe~ior afil¡ado-'r:u!,id~ po~-el.su~er~or con la 'cabeza muestread~ra, a -

s~vei~n~~d~9a';1. ,~i~; de~ia\ bo~~ :dé:pá1!ras'd~,.perf~raci6n, c\con las; que

se-'~pujáa( ~ú~st're!c:íor ~~s~e ¡la, s~pe-rii~Íf!': .~. • W~ "1- ,.,c 'L' " 'L , .. ~ ,.1 ~,,~,.,' ¡

~"~ : ' , . :.~ f. ' _. • ~ En la fig 11.5 se presenta: este muestreador con los dos t~pos de'un~on tubo-

cabeza usuales;elpriméro con tres tornillos allen y el fiegundo con cuerda,

que ha mostrado ser más confiable que el primero aun operando en suelos du­

ros (ref 3). La cabeza t~cne perforaciones laterales y una valvula esférica

de pie que abre durante la etapa de muestreo, para permitir el alivio de la

presi6n del interior del tubo. Posteriormente se cierra para proteger a la

muestra de las presiones hidrodinamicas que se generan durante la extracci6n

del muestreador.

La fig 11.6 corresponde a un muestreador de válvula deslizante en la que se

sustituye la válvula esféri~a de los muestreadores anteriores por un meca­

nismo. El copIe de unión a la columna de barras de perforación, tiene un -

tramo cuadrado al que se enrosca una barra circular que termina en una am­

pliación con un aro-sello; en esta barra desliza la pieza a la que se fija

el tubo muestreador y que tiene agujeros para el drenaje del fluido de perf~

ración del interior del tubo.

2.1. 9

B.ll

En la fiS 11.1 se anotan las dimensiones que necesariamente deben satisfacer

estos muestreadores para los diámetros usuales de 7.5 y 10.0 cm (refs 6 y 7).

Cabeza

Lm _1- La

De o~[~-==-=-=-=-=-~ ~==-=~~'-= ______ . __ ._-_J-_J l~ L le

r ' 0', -, , ~-: --

Lml.~ Cuerdo Diam.nomlnol, De, Di, Dm, e, d, . L. en cm ' en cm: en cm en cm en'cm

' '-',

'en'cm en cm"' deunictn en cm

7.lI J ~l .' " : " :''''.~ ; "'f .... - :. "Áw', 7.5 7.62 7.22

7.17 0:20 '1~2i 7' 60 BW -

9.61 BW , 10.0 10.16 9.76 -, .0.20' ¡h20 ; 90 7'

9.69 NW

De diámetro exterior d longitud aguzada Di diámetro interior L longitud tubo Dm diámetro muestra l.m longitud de muestreo recomendable

e espesor La espacio para azolves

FIG. II.7. Dimensiones de los tubos de pared delgada

El procedimiento de afilado del tubo debe ser lo suficientemente preciso -

para que se obtengan tubos con las dinensiones especificad2s, fie 11.7. En

la ref 6, Hvorslev describe dos métodos para eEta op~~ación; el más sencillo

consiste en afilar primero el tubo en un torno y después con un bloque de mol

deo darle la forma de la fig 11.7.

2. 1. 10

B.II

Otro cuidado que se debe tener con este muestreador, es el de pintarlo para

reducir el fenómeno de corrosión de la lámina, el cual induce cambios fisi-

coqui.icos al suelo muestreado.

2.2.2.2 Condiciones geométrica.

La observación cuidadosa de muestras obtenidas con tubos de pared delgada de

condiciones geométricas diferentes, mediante la técnica de secado de laMinas

de suelo, permitió a Hvorslev (ref 6) fundamentar las relaciones de areas y

diámetros que deben satisfacer est~s muestreado res para asegurar un buen fun

cionamiento, y se resumen en la fig 11.8 •

. . . ' . -o: DI RelacIÓn de óreas - m< 10 o¡.

02 ° 'm

Relación de diómetros D,-Dm

0.7 'Yo < Dm < 1.5°/0

De Dlómefro exterior

Di Diámetro interior

Dm Diómetro de lo muestro

FIG. B.8. Condiciones geométricas

2.2.3 MUESTREADOR DENISON

El muestreador tipo Denison consiste de dos tubos concéntricos; en el interior

que se hinca a presión, se rescata la muestra de suelo, mientras que el exte

rior,con la broca de corte en su extremo gira y corta el suelo del derredor.

Para operar este muestreador se requiere fluido de perforación, que se hace

circular entre ambos tubos.

2.2.3.1 Características

En la fig 11.9 se muestra el diseño actualizado de este muestreador que esen

cialmente consiste de dos tubos concéntricos acoplados a una cabeza con bale

2.1.11

1_ 8.52

8.00

15.00

75.00

7.22 _1

B. II

Cuerda NW

Cabeza embolerada

Tubo exterior

,; 1. Tuerca de ajuste~. Controt~é~de' ajuste

Tubo interior

Trompo de canastillo

Ajuste, d, entre broco y tubo interior

Tipo de suelo Blando

Duro

Muy duro

Acotaciones en cm

Zapato Broca

O

d,en cm 2

0.5 ,

el menor o

FIG.11.9. Muestreador Denison

2.1.12

j ,

B.II

ros axiales, que los une a la columna de barras de perforación y permite que

el tubo interior se hinque a presión en el suelo, sin inducir esfuerzos de

torsión a la muestra; mientras que el exterior, gira y corta el suelo circun

dante. La cabeza del muestreador tiene una tuerca de ajuste que controla la

posición relativa entre ambos tubos; así dutante el muestreo, el tubo inte-­

rior penetra en el suelo la distancia, d (fig 11.9) antes que la broca, para

proteger a la muestra de la erosión y contaminación que le puede ocasionar el

fluido de perforación.

La broca de corte es una pieza de acero CQn pastillas de carburo de tungsteno

que protegen las zonas de mayor desgaste; en la fig 11.10 se muestran las dos

brocas tipo mas usuales.

, ,

FIG.II.I0. Tipos de broca denison

Las dimensiones del muestreador Denison que permiten obtener muestras de 1.5

y 10.0 cm de diámetro nominal, se anotan en la tabla 11.2

Para el muestreo de materiales granulares conviene adaptarle una trampa de

canastilla que consiste en lengüetas de lámina de acero flexible remachadas

al tubo interior, como se muestra en la fig 11.9

2.1.13

~J+-- Soporte

Vólvulo deslizante II--IH--(ablerta)

:'r8~;;:II'4- RegreSo del fluido de perforacl6n ~

1I....",:::::::DIr.-""-"'!'·· Resorte ::LlB~m~r-"';' Vátvula

Tubo exterior J.;;.;:ll::Jttr---- g irotorlo

a

~I--- Broca

Tornillo del tubo Interior

~~_ Tubo Interior fijo de pared delgada

B.II

Fluido de I perforacion

Tubo de , parforaclon

~,",,",," __ Vólvulo deslizante __ ~ (cerrada)

b

FIG.II.ll. Muestreador Pitcher

2.1.14

e

B.!!

TABLA 11.2. Dimensiones del tubo Denison (en cm)

uiametro nominal l' 1

I

7.5

10.0

.

Donde:

ue

7.62

10.15

De

Di

Tubo interior Di Om

7.22 7.11 7.17

'J.76 9.61 9.6)

diametro exterior

diámetro interior

Tubo exterior Barras L De Di L Lm de

operaci6n

75 8.52 7.92 90 60 B~'¡

gil 11.16 1:1.46 105 75 N" k

L Longitud de ,tubo,

Lm longitud de la. muestra

Dm diámetro de la muestra

2.2.4 MUESTREADOR PITCHER

Este muestreador es similar al Denison excepto porque la posición del tubo

interior se regula con un resorte axial; mientras que el exterior, con la

broca de corte en su extremo, gira y corta el suelo del derredor. Su oper~

ción requiere también la inyección de un fluido de perforación.

2.2.4.1 Características

El muestreador Pitcher consiste de dos tubos concéntricos, acoplados a una

cabeza compuesta de dos piezas: la superior es fija para transmitir la ro

tación al tubo exterior, en cuyo extremo va la broca de corte, mientras que

la inferior, separada de la fija por un resorte axial, soporta al tubo in­

terior de 1.5 6 10 cm de diámetro en que se aloja a la muestra; la función

del resorte es de regular la posición longitudinal del tubo interior con

respecto al exterior. En la fig 11.11 se observa que la unión del tubo in

terior-cabeza se hace por medio de tornillos allen, aunque también puede h~

cerse por medio de rosca, como en el tubo Denison; también se observa que -

2.1.15

,t1,

B.II

la parte fija de la cabeza tiene un balero axial cuya función es mantener e~

tático al tubo interior mientras gira el exterior y soportar la reacción del

resorte axial. El resorte se elige con una constante que depende de la re-

sistencia del 'suelo. La broca de este muestreador es similar a la que se " ,', I

utiliza en el barril Denison. ''', 'f ,1

3. SUPERVISION DE LA EXPLORACION

'El ingeniero supe.rvisor debe informarse antes de iniciar los trabajos de: el

tipo de estructura que se construirá, las condiciones geológicas y probables

tipos de suelos que se epcontrarán en el sitio, debe conocer las condiciones

de trabajo que se le impondrán a los suelos; para que sea capaz de juzgar si

la información que se está obteniendo es la adecuada; en caso contrario, pr~

poner modificaciones a las tp.cnicas de muestreo y programa de trabajo.

El ingeniero supervisor no es el responsable de la ejecucion de los trabajos;

es el responsable de verificar que con la exploracion se este obteniendo las

muestras adecuadas y la informacion geotecnica necesaria para resolver el pr~

b-lema (ref 3).

4. PROTECCION y TRANSPORTE DE NlJESTRAS

4.1 :r-1UESTRAS ALTERADAS

Las muestras alteradas son aquellas que no conservan el acomodo estructural

de sus partículas,pero mantienen el contenido natural de agua y no han sufri

do cambios químicos,se utilizan para clasificar el suelo y definir la estra

tigrafía del sitio; en el laboratorio pueden emplearse para realizar pruebas

índice que permiten interpretar preliminarmente las características y posi­

ble comportamiento mecánico de los suelos (ref 6).

4.2 MUESTRAS INALTERADAS

Se define como muestras inalteradas aquellas que conservan el acomodo de su~

2. 1. 16

----------- ---------------2.J70_~

B. Il

partículas, su contenido de agua natural y no han sufrido cambios químicos;

sin embargo por el cambio de esfuerzos que sufren por sacarles del confina­

miento que tienen in situ, sufren alteraciones menores, come expansiones, -

oxidación, expansión de los gases disueltos en el agua int~~st~lcial etc. --'" ., . (ref ó).

5. t1AQUIHAS y EQUIPOS DE PERFORACIm~ y HUESTREO

En la selección de la máquina de perforación; debe tenerse en cuenta que por

las caract~rísticas de estas máquinas se distinguen: las diseñadas ,ara la

perforación y muestreo de rocas, que no permiten alcanzar la eficiencia y ca

lidad de trabajo que puede obtenerse y las máquinas diseñadas para la explora

ción de suelos. [n cuanto a la bomba, las de cavidad progresiva han demos­

trado ser adecuadas para la exploración geotécnica, especialmente porqüé_ma-:

nejan lodos densos de perforación a menor presión.

3.1 MAQUINAS PERFORADORAS

~n la tabla 11.3 se presenta un resumen de las características principales

de las ~áquinas usadas para exploración.

Co",le Barra

Barra

FIG.II.12. Barras de perforación y coples

2.1.17

R.II

TABLA II.3 r1áquinas perforadoras para geotecnia

Tipo de Profundidad con Peso, Carre E:npuje Capaci Velod Potencia máquina barras, en m en ra dei verti- dad dad del mo-

AX NX Espiral ton gato, cal,en del ma del ma tor, en 6" en m ton lacate, lacate, HP

'" t en ton en ton

f~obi1 e Dri 11 500 450 90 3.7 1.72 4.8 6.3 3.4 65-350 97 Bó1

Nobil e Ori1l 152 lOa 46 3.0 3.7 4.2 3.0 2.5 0-518 97 B40L

r~obil e Dri1l 50 - 23 1.3 1.73 2.9 3.8 3 58-455 54 8305

Acker t;1P 100 :l~0 300 45 2.2 3.3 8.5 5.2 4.5 43-237 48

Acker MP 50 390 303 45 2.0 1.8 3.2 4.2 4.5 50-335 48

Pendrill PO 137 100 40 2.2 1.8 3.1 3.1 " 3 60-nOO 38

,"ong year 34 426 266 - 1.1 O '* .0 3.2 3.2 3 22-1510 30

* La carrera del gato no es adecuada

5.2 BOMBAS DE PERFORACION

En la tabla 11.4 se muestran las características .principales de las dos bom

bas más utilizadas en trabajo de explo~ación.

TABLA 11.4 Bombas de perforación

Gasto PreSlon Poten- Peso,. t·1arca Tipo máximo,. :náxima,. cía, en en Opera

en lt/min en HP kg kq/cm 2

;'10yno 3Ló Cavidad progresiva 162 16 7.5 250 agua y lodo denso

Royal Bean ?i s tón-tri pl e 132 35 7.5 350 agua 420

2. 1. 18

B.ll

5.3 BARRAS Y ADE!-ms DE PERFORAClON

En la fig 11.12 se muestran los dos tipos de barras de perforación que se -

utili7.~n~}¡ las de pared uniforme corresponden a las barras de menor diametro ,,¡ ,/

EW y AW; Y las de pared a1igeradw (recalcadas) que se utilizan en los diame-

tros BW y NW. Sus dimensiones y geometría se muestran en la tabla 11.5

<Pe

"

1_ <Pi -1 HG.I1.13. Ademes y coples

2.1.19

----~----------------------------------,.~

B.U

TABLA 11.5 ~edidas ~e las barras n~s usuales

Barra 4>e 4>. 1

pulo Jm1 pulg llII1

EW 1 3/J 34.9 7/B 22.2 A~l 1 23/32 44.4 1 7/32 30.9 B14 2 l/J 54.0 1 3/4 44.5 m~ 2 5/8 66.7 2 1/4 57.2

Longitud estándar 3.~5 m (10 pies)

Qe diámetro exterior 4>. diámetro interior

1 4>c diámetro interi.or del cople

4>c Peso kg/3 1!1

!J" ~;I ¡~ r:t:1 '", el ..

7/16 12.7 14 .0

5/8 15.~ 19.9 3/~ 19.0 19.0

1 3/3 34.9 24.5

Cuerdas por pulgaja

3 3

3 3

Los ademes metalicos utilizables en exploraciones geotecnicas se muestran en

la fig 11.13 Y sus dimensiones en la tabla 11.6. Se observa que sus diame­

tros interiores de 76 y 101 mm limitan el diametro de los muestreadores que

pueden pasar a través de ellos; por ello en sondeos en que se pretenda uti­

lizar muestreadores de mayor diametro, queda obligat1':> el uso de lodos de pe!.

foración que eliminen la necesidad del ademe metalico.

Ti~¡jL{" 11.6 i1edidas de los ademes más usuales

Ademe ~e

mm

3 1/2 3" o } ... HH 4 1/2 114.3

0e diáinetro exterior

~. diámetro interior ,

3

4

O. Peso Cuerdas , k~/3 !TI pulgada

mm

76.2 39.1 4

1fH.ó 51.3 -l

2.1.20

por

Manguera ~

B.II

b) el

Trépanos de • I

percuclOn

Poleo

Trlpode--"'I'

~-........:'-- Cable de monija

Tubo de perforación

l--Hemlm;enla de alaque

FIG.II.14. Perforación por lavado

2.1.21

3

B.lI

6. TECNlCAS DE PERFORACION

6.1 POZOS A CIELO ABIERTO, CORTES Y ZANJAS

Son las excavaciones de acceso a la zona de la que interesa extraer muestras

inalte"'~':'as o alteradas y -que además permiten observar la estratigrafía y ma

teriales del sitio. En caso de recurrir a los·pozos a cielo abierto, se li­

mita su aplicación a pozos someros de profundidad no mayor de 10 m, excaván­

dolos en sección cuadrada de J.S m de lado. Los cortes son ·poco utilizados,

porque se requiere mover volúmenes grandes de material. Finalmente, las

zanjas quedan limitadas a problemas cuya influencia sea superficial.

Los pozos a cielo abierto exeavados en materiales poco estables, deberán ade

marse con marcos estructurales de madera y euando se exeaven mas abajo del

nivel freatico del sitio deberá instalarse un sistema de bombeo para extraer

el agua. ._¡~

Esta técnica puede aplicarse a todos los tipos de suelos, aunque resulta más

eficiente en suelos cohesivos y presenta mayores dificultades en los granula

res.

6.1.1 EQUIPO

Las excavaciones podrán realizarse utilizando herramientas de mano como: pa

las, picos y barretas; para sacar el material de los pozos se utiliza un bo

te con cable de manila que se jala manualmente o con un pequeño malacate.

Se pueden hacer los pozos con máquinas rotatorias capaces de hacer perfora­

ciones de 0.8 a 1.0 m de diámetro; en cuanto a las zanjas, hacerlas con má­

quinas retroexcavadoras resulta eficiente. Si los pozos a cielo abierto re

quieren de ademe, 10 mas adecuado es hacerlo con marcos de madera.

6.2 }tETODO DE LAVADO

La perforación se hace con un trepano o cincel de percusión que simultanea­

mente con los impactos inyecta un fluido de perforación que erosiona y arras

2.1. 22

I

---- ----~~---- -- ---~ ------_._--- ----- ---------

•

tra a la superficie el material cortado.

Esta técnica es aplicable a suelos cohesivos blandos y suelos granulares de

compacidad media con bajo contenido de gravas localizados abajo del nivel - ~f

freát~co. Es un método poco eficiente, pero la sencillez y economía del --

equipo lo hacen muy útil.

6. 2 • 1 EQU IPO

El equipo necesario para esta tecnica de perforación (fig II~.14) consiste

de un malacate de fricción para cable de manila de 500 kg, una bomba para

agua o lodo de 45 ltlmin de ~asto a 5 kg/cm2 de presión con accesorios, tri

pie con polea, barras y trepanas de perforación y ademe metálico (opcional)

6.3 PERFORACION A ROTACION CON AGUA O LODO - -

Esta técnica consiste en cortar el- suelo con una br~~é- que penetra a rotación

y presión, inyectando simultáneamente agua o lodo para enfriar a la broca y

arrastrar el material cortado hasta la superficie.

Se puede recurrir a la perforación a rotación abajo del nivel fréatico, en_

casi todos los suelos; en suelos granulares seguramente se requerirá ademe

mecálico para estabilizar las paredes de la perforació~salvo que se opere

con lodo de viscosidád y densidad adecuadas para estabilizar el sondeo. Arri

ba del nivel freático podrá operarse can lodo sí se demuestra que la conta­

minación que induce al suelo es aceptable.

6.3.1 EQUIPO

El equipo necesario para esta técnica de perforación (fig 11.15) consiste de

una perforadora rotatoria con sistema hidráulico de carga con potencia míni

ma de 30 HP, una bomba para el manejo de lodo de perforación de 100 lt/min

de capacidad y herramientas como brocas tipo drag y tricónicas (fig 11.16

de 7 a 10 cm de diámetro, además de barras de perforación.

2.1.23

B. II

Bombo

Borras

Herramienta de corte

FIG.II.15. Equipo de perforación a rotación

2.1.24

3't

B.ll

.~ ,

" .. '- -.

Broca tricónica Broca Drag

FIG.II.16. Brocas para perforación a rotación

2.1.25

B.U

6.4 PERFORACION EN SECO

Esta técnica que se ha desarrollado fundamentalmente para la exploración g~

técnica, utiliza barras con una he ~~i /I.,l.de lateral que transporta a la super­

ficie y en seco el material que corta la broca.

La perforación en seco es la técnica más recomendable para realizar sondeos

arriba del nivel freático. porque no altera el contenido de agua del suelo;

abajo del nivel freat.ico es también recomendable porque alcanza mayor efi­

ciencia que los métodos antes descritos. Se puede aplicar en casi todos los

suelos, a condición de que la perforadora tenga la potencia necesaria para

introducir la broca y ,que la perforación sea ~le; en caso de que no lo

sea, se debe utilizar ademe espiral.

6.4.1 EQUIPO .

1._.

Para esta técnica se requiere contar con una perforadora rotátoría con pote~

cia mínima de SO HP ymecarlismo hidráulico con carrera mínima de 1.S m. Las

barras helicoidales (figII.17) son de 10 ó 15 cm de diametro y se manejan -

en tramos de 1.5 m de longitud que se unen con pernos de presión que transmi

ten la rotación en cualquier sentid~. La broca de corte consiste simplemen­

te en un conjunto de buriles de carburo de tungsteno que continuan el plano

de la helicoide.

El ademe espiral se muestra en la fig II.18.su diámetro interior más usual

es de 10 cm. en tramos de 1.5 m de longitud que se enroscan entre sí y lle­

van un perno lateral que permite girar esta herramienta en cualquier senti­

do. En la figura 11.18 no se muestran las barras centrales con el tapón ob

turador para el avance sin muestreo.

2.1. 26

o

Barra

FIG.II.17. Barra y broca neHcoidal

Broca

B.l1

, II'{

"11 '1 .

15Z.4O

Acotaciones en cm

FIG.II.18. Ademe helicoidal

2.1.27

.()

n.II

7. REFERENCIAS

1. Sanglerat C •• "The penetrometer and soil exploration", Elsevier Pub­

lisbing Company, 1972, pp 5-16 Y 407-424

2. Asm Designation: D 1586-67, "Standard method for penetration test and

split-barre1 sampling of soils", 1977 pp 224-225

3. Pfl1EX .. "Exploración y muestreo de suelos para proyecto de cimentacio -

nes", Norma PEMEX 2.214.05, Edición 197&, pp 61-62 (primera parte)

19-23 y 39-47 (segunda parte)

4. 'Halcev A ... "lnterpretation of standard spoon penetration testing",

The economic use of 50il testing in site invcstigation Birmingham,1964,

Tema 1 pp 11-19 :. ;-

5. Terzaghi-- K. and. R. Peck" "Soil mecbanics in engineering practice", Edit

Jobn Wiley, 1967, pp 341-347

6. livors1ev M, "Subsurface.exploration andsampling of soilsfor civil

engineering purposes", ASCE, 1949, pp 182-198, 82-166 y,385-418

1. AS'nl Designation: D 1587-74, "Thin-Walled tube sampling of -soíls",

1977 pp 227-229

8. Winterkorn n. and Fang H. (ed), "Foundation engineering handbook". Van

Nostrand Reinhold Company, 1975 .. pp 41-48

2.1.28

rr····. ,q.

SECCION B. GEOTECNIA

TOMO 11 I. AYUDAS DE DISEÑO-

~ . ¡ ,~ -

TEMA 2. MECANICA DE SUELOS

CAPITULO l. EXPLORACION y MUESTREO DE SUELOS

CAPITULO l. EXPLORACION y MUESTREO DE SUELOS

l. METODOS SEMIDIRECTOS DE EXPLORACION

1.1 PENETRACION A PRESION (cono holandés)

1.1.1 OPERACION

1.1.2 REGISTRO DE DATOS

1.1.3 INTERPRETACION DE LA INFORMACION

1.2 PENETRACION DINAMICA (prueba de penetración estándar)

1.2.1 OPERACIONO/ =- J!;-n ·~OI ~1

1.2.2 REGISTRO DE DATOS

1.2.3 PROTECCION y TRANSPORTE.DE MUESTRAS

1.2.4

1.2.4.1 Representación gráfica

1:2.4.2 Correlaciones de N en suelos cohesivos

1.2.4.3 Correlaciones de N en suelos granulares

2. PROCEDIMIENTOS DE MUESTREO

2.1 MUESTREO ALTERADO

2.1.1 METODO MANUAL

2.1.1. 1 Operación

2.1.1.2 Registro de datos

2.1.1.3 Protección y transporte de muestras

2.1.2 PENETRACION ESTANDAR

2.2 MUESTREO INALTERADO

2.2.1 METODO }~AL

2.2.1.1 Operación

~-, rr..

2.2.1.2 Registro de datos

2.2.1.3 Protección y transporte de ~l /~'.1 tras

2.2.2 TUBO DE PARED DELGADA (Sbelby)

2.2.2.1 Operación

2.2.2.2 Registro de datos

2.2.2.3 Protección y transporte de muestras

2.2.3 MUESTREADOR DENISON

2.2.3.1 Operación

2.2.3.2 Registro de d4tos

2.2.3.3 Protección y transporte de muestras

2.2.4 MUESTREADOB. PIi'tBEB.

2.2.4.1 Operación

2.2.4.2 Registro de datos

2.2.4.3 Protección y transporte de muestras

3. SUP1J:B.VISION DE LA EXPLORACION .

4. PROTECCION y TRANSPORTE DE MUESTRAS

4.1 MUESTRAS ALTERADAS

4.2 MUESTRAS CUBICAS INALTERADAS

4.3 MUESTRAS INALTERADAS CONTENIDAS EN TUBOS

5. MAQUINAS y EQUIPOS DE PERFORACION y MUESTREO

6. TECNICAS DE PERFORACION

6.1 POZOS A CIELO ABIERTO

6.1.1 OPERACION

6.2 METODO DE LAVADO

J4

6.2.1 OPERACION

6.3 PERFORACION A ROTACION CON AGUA O LODO

6.3.1 OPERACION

6.4 PERFORACION EN SECO

6.4.1 OPERACION

7. REFERENCIAS

_4, _~<

,,¡',- ~ ... ,;. ..... -:.~ ~-(-~'

l.

1.1

1.1.1

------- - ----- -------- -~----- ----

B.lll

METODOS SEMIDIRECTOS DE EXPLORACIOB

PENETRACI0N A PRESI0N (CONO BOLANDESj'···

OPERACI0N

El penetr6metro se hinca empujándolo con las barras exteriores, hasta colo

car10 en la profundidad en que se hari una prueba; en esta condiciSn se

cierra el penetrSmetro, d - O (tig 111.1o:a); despu~s se empuja con las barras

centrales para penetrar con el cono la carrera completa de 4 cm (fig 111.1.b)

con esta operaci6n se determina la fuerza q necesaria para hincar el cono c

solo. Al final de este movimiento el tope de la tuberta hace contacto con la

funda deslizante y al continuar el hincado, otros 4 cm, se arrastra a la fun­

da deslizante; la nueva fuerza que se mide Rt

, corresponde a la resistencia -

de punta q mls la fuerza de fricciSn f que desarrolla la funda. c s

1.1.2 REGISTRO DE DATOS

El registro de datos para esta prueba se presenta en la fig 111.2. Para el -

calculo de los esfuerzos qc y fs se utilizarán las siguientes expresiones:

F s

2.1.1

·r) I

'If I .

donde: , /1',

" t¡ ;'

-r---

13cm

f s

'U ) i

TuberÍa exterior

Tuberla interior

B.III

Rt fuerza necesaria para hincar si­multáneamente el cono y la funda, enkg

Q fuerza necesaria para hincar el c cono, en.kg

fricción lateral de la funda des lizante, en kg

qc resistencia de punta: en kg/cm2

fa fricción lateral por unidad da área, enkg/cm2

At área lateral de la funda (147.02 cm2 )

Ac área transversal de cono (10' cm2 ) .-;~::-.. --', - r :. '"" -'. ,', ,i"g;'í~ %"'UOTZ' , .

Fundo deslizante

Tope

: I

Punta

FIG.III.l. OperaCión del cono holandés

2.1.2

B.Ul

SONDEO HlV FRE-'T. HOJA.

eFE LOCAl. MAQUINA: FECHA

PRUEBA DE PENETRACION z:

CONO HOLANDES y: OPERADOR: SUPERVISOR .

OBRA: x:

-----,..--- ... -/ ... )-------------. ..... -------------, Praf. (m)

Manómetros (kg/cm')

Cono Funda Conjunto

Esfuerzos kg/cm' o bserv aciones

I

1 ~.-c-:~ __ .~:~'-~.+.-.. ~~~_4 .. ~'-.~--.~:~~;-.. -~-~~.--:~~-~_·~._·~~~~~:~.~~~_-_ .•. +·I~~~:~:::f:=--.. ~.-.. ~-__ .·.~-.~,·,~~·:~----~-;->~·I~,

... ' ::~ . l·" .,. . . ¡? ~ 1.. .' "j'.: .••. ~:; "-:'"". ,':

~ . ..,. ":,, I~!

. ".

... .' . ...

I

NOTAS I

FIG.III.2. Registro de penetración con cono

2.1.3

B.lll

l.l.3 lNTERPRETAC10N DE LA lNFORMAC10N

La interpretacion de la informacion que se obtiene con conos hincados a pre­

sión, así como de su ap1icacion a problemas de mecanica de suelos, se puede ,

''',l consultar en la ref 1. Brevemente, la interpretación consiste en analizar la

forma de las graficas presion de punta y friccion lateral contra la profundi

dad (fig 111.3); definiendo las zonas características del sondeo, para esto

la tabla 111.1 puede facilitar la labor, ref l.

2

E 4 c: Q)

- 6 'Q e 'Q

'Q 8 c: ::::J -e 10

Q..

12

<= c:: f-

1-

f-

-.-::::=:-" -c:::::

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I

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F :::11

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- ---,.... --i_ --:.. _.

qc ' en kg Icm2

2888~88§ª2~~§~ ~.InCO'-coCJ).... .-N r-r-_r-

- .- ~. .... i- i-:-~ , . . _ .. -. 1- ... .... 1-• ~

- ~.I-. ¡... 1-. c.~; ~.: ... ....

1-' ¡...:;::

Sil

- ,-l-. ¡..., f-. 1-- -11

~ -- ¡... r-- 1_.-1-1- _1- - ,. ~ ~~ .- ._¡... 1-, .- -. I 14

O 1 2 4 5 6. 7 8 9 10 20

FIG.III.3.

fs , en ton/m2

Representación gráfica de una prueba de penetración estática

La clasificación tentativa de los suelos se puede hacer con la grafica de

corre1acion de la fig 1!1.4, obtenida de la recopi1acion de la informacion -

contenida en la ref l.

2.1.4

B.III

TABLA 111.1 Comparación entre las variaciones de qc y de fs

Decrece Constante Crece

o; Transición entre dos Una grava o boleo em-u capas diferentes, la pujado por el cono ha o; No ocurre s..

u inferior de menor re quedado acuñado con-o; -"'O sistencia tra la funda deslizan -te

Una grava de diáme- Suelo homogé o; tro mayor que del ca neo que puede No ocurre .., ~ na ha sido empujada- ser clasifica lO do usando la-.., por este en un estra 11) ~ to cohesivo blando ü fig 111.4 o u granular suelto

Una grava de diáme- El penetr6me- Estrato cuya resisten tro mayor que el del tro está en cia aumenta con la pro

G.J cono ha sido empuja- roca blanda o fundidad o cuya resisten u da por este en un es en un estrato c i a Ú 1 ti roa no ha s ido -G.J - alcanzada s.. trato cohesivo de con duro que no u

sistencia media o gr!, puede ser pe-nular denso netrado

1.2 PENETRACION DINAMICA (PRUEBA DE PENETRACION .ESTANDAR)

1. 2.1 OPERACION

El penetrómetro estándar se hinca 45 cm en el fondo de una perforación de

7.5 cm de diámetro mínimo, con la energía que proporciona el impacto de una

masa de 64 kg dejada caer libremente de 75 + 1 cm de altura (fig 111.5).

Durante la penetración se cuenta el número de golpes necesario para hincar

cada tramo de 15 cm; se define como resistencia a la penetración estándar,

el número N de golpes para hincarlo los últimos 30 cm (la suma de golpes

de los dos últimos tramos); si el penetrómetro no se puede hincar los 45 cm,

cuando se han dado 50 golpes, se suspende la prueba y por extrapolación se

deduce el número N. 50.

2.1. 5

B.IlI

La masa de 64 kg se levanta con cable de manila de 19 a 25 mm de diámetro.

con ayuda de un malacate de fricción (~abeza de gato), cuidando que el ca­

ble solo tenga dos vueltas en el malacate y que el operador lo su~lte rápi­

damente durante la calda • .;. /'.1

Muy blondos

4

FIG.III.4.

100

I Arenas I I I I I Muy densos

I I I I , Gravas I I I

200 300 qc' en kg/cm2

Gráfica para clasificación de suelos (tentativa)

Para la realización de esta prueba en arenas, se deben tener los siguientes

cuidados adicionales: el nivel del agua dado en la perforación debe mantener­

se constante. porque el flujo de agua cambia la resistencia aparente del su~

lo. El movimiento de las barras de perforación, al meterlas y sacarlas del

sondeo, debe ser lento ~)orqu~ se puede generar succión y con ello reducir la

2.1.6 \

B.lll

compacidad. La perforación debe hacerse con brocas cuyo chiflón de descarga

del fluido de perforación sea de baja velocidad para evitar la erosión exce­

siva.

Una variante en la operación de este penetrametro. que ahorra tiempo. es uti-'i' I

1 1 lizar10 con la válvula de varilla mostrada en la fig. 11.3; en cuyo caso se

introduce el penetrómetro sin la válvula. inyectando agua o lodo en el son­

deo, a traves del mismo muestreador para eliminar los azolves y asegurarse

que el penetrómetro este limpio; despues se hace la prueba de penetración y

enseguida se deja caer la válvula desde la superficie a trav€s de las barras

para sellar el tubo y proteger la muestra.

Después de hincado el muestreador. se giran las barras para romp~r la base

de la muestra, a continuación se saca el penetrómetro a la superficie. donde

se abre, se le extrae la muestra que se coloca en frascos de vidrio de 0.5

1t de capacidad con tapón hermEtico,identificando y clasificando las muestras

con el criterio SUCS.

1.2.2 REGISTRO DE DATOS

Para la prueba de la penetración estándar, se llena el regisero de campo de

la fig 111.6 con la información que se va obteniendo durante la ejecución

del sondeo; conviene utilizar las abreviaturas de la tabla 111.6 para simpli

ficar su presentación; las notas al pie del registro son observacionpq que

se hacen durante la ejecución y que pueden ayudar en la interpretación del

sondeo; dos columnas quedarán en blanco: la de presión, que no tiene signi­

ficado en e.ste caso, y la de recuperaci6n (rec) que no proporciona informa­

ción de interés con este muestreador.

1.2.3 PROTECCI0N y TRANSPORTE DE MUESTRAS

En los incisos 4 de los tomos 1 y 11 se describen los cuidados que requieren

las muestras alteradas para su conservación y transporte.

1.2.4 lNTERPRETACION DE LA INFORMACI0N

1.2.4.1 Representación gráfica

El nUmero de golpes N necesarios para hincar los u1timos 30 cm del penetró­

metro estándar, o calculados por extrapolación del numero de golpes en la

longitud de penetración a la especificada de 30 cm, se dibuja como un punto

2.1.7

B.IIl

TABLA 111.2 Correlaci6n entre N, qu y consistencia relativa , ,

''11 I -Consistencia ',uy Blanda f.1edia Dura Muy Durfsima blanda dura

N <2 2-4 4-8 8-15 15-30

qu <0.25 >0.25-0.50 0.50-1.0 1.0-2.0 2.0-4.0

n número de golpes en la prueba de penetrac16n est4ndar qu resistencia a la compresi6n simple, en kg/cm1

Molocots de fricción

Lot--Poleo

Maso golpeadora de acera

R-----Borro guia

'--- Yunque de golpeo

.

>30

>4.0

'-"--Borros AW,BW,NW

u

Penetrómetro t---- estóndar

FIG III.S Prueoa ae penetraci6n est~ncar

2.1. B

1

B.lIr

SONDEO. #-/4 NIV. FREA1 .. HOJA:

eFE lOCAlIZACION: MAOUINA.

A FECHA:

REGISTRO DE CAMPO x: 3-Jv/-75 y. OPERADOR. SUPERVISOR;

OBRA: Z: ¡::;, Or.h"z .I~ Si/va .. 1', , .

Mues N (SpT) Muestno Hora Prof. Ademe

enmóft Clasificación SUCS tra I 2 3 Pr. m sión Ree No. 15cm 15cm 15cm

eL café ,;:"-/ /0 /5 25 - 8:30

C,/. ca/t' c.0I !]rtl.I.I'Q.. F-2 ID 20 3'Y..f - 9:CO

CH Q:"".(O$4 .griS ~-I zO/3o - /IJ:{)() (. 1)

ell " 11 ;:'-3 /D 3$ 3$ - /":30

C¡.¡ " 11 rl2.-2 ~3C - I/,'/() Ii'-

5111 fiita. ..9,",$ ;:-'1 :5 /0 /5 - //:50 G

-- ¡C'-.5 5" zcJ .)0 - r-- - /2.'/0

...... /"-6 .5 eS 3S - r-- - /Z:;¡O t:.

el.. ... r::tIé' ):'-7 5' "" 2.0 50 /3:00

el.. -- !T4-3 29";,c /3:20 .-TlCf V\ /3:30 iI s)

¡,.e-S{ V S \ v ""O oS \

1\ OP>-,,\\0~ L ~ «\0 L ~ L

NOTAS /) /4: eH CIIJpie.zt:::t. el 10.5 1.5 ' 2) tt parlt /n/e.rior t1e./ '//2.-2 (/,3 S/(/ , 3) /4 S te/' r¿." p/tZ:Z ('¿ (k 29', se pen/io' el t?!LlJ(J. ~ ~,..ÍoItJ.ciÓl! - f

..,) se heJfe azolve. l/ 31. <úd~l OO/l¿!T aollZ/JItt:

~~(/, oe,,-g'/t{ "i IJ/vetsfra, P~¡'O¡'kl#e:,,* tZrt:l archa. /

FIG.I1I.6. Registro de campo

2.1.9

." .... en .... .... .... .....,

"'O :;o m m

N ::s "'O m ~

~ ~ m ~ VI

~ Al m o n ::s .... ~ 0\ Al ::s n

-l.

m 0\ VI ::s ~ AI\ \Q ::s ~ Q. AI\ Al ...... ~ -l.

n Al

Q. m .... Al

~~; I MUESTRA No REC. Pl:NETRACION • !~T.!'O_ 1., X

ClASI'IcaCION "/. ESTANDAR .PI • I.L COMP. SIMPLE QuI'Z o PRDPlEDADES D D • D D ,luIIcmI •

el. I

I TI-l cal. Cl lo '·l-'·Z ,..... ~&~-~I<

1-10 I TS-! '- 1'\. ,-, ~ , '-4 SM 1.,.(' - I '-5 ,~I.,flno

-20 I , .. -~

I '-7. nri~';"s:n~

IC -, '-1 ...... , 5

-SO I '-11 .". SM ... - I '-10 ,rl',lIIuy fina SM 10

:-. 1-40 1...,..0 ..... r,.¡¡¡-........

1",11-',12

~~=O --I F·1S-F·,.. ..... b - 1-,50 nw MU ..... curo

~ ., 15 , '-15 SM 7' V~i .... ~~,11na

-80 I '-16 Y INdio ,con vra- ~ va. olllada. SM

, "'17-'-. OH ca~ obIcuro

-I F·l!H'· ..... ~

1-10 OH café obIcunI r-... zo

, '-ZI

1-(1() I '-22 tI SM - I

Z5 '-25 vrl.,lIIuy lino J T

-110 I '-Z4 1M

" I '-Z5 '" so

1- A - 1- B - 1- e -1

e FE fiCHA DI UlCUCIOII IQUIN ""POII&CIOII luP .. VI_ fiCHA L_ATOIIIO IIIVIIO

PERFIL ESTRATIGRAFICO _DIO MOJA

x- Xc z= --_.-

ti:!

I-f I-f I-f

-~

~

1

I

B.III

(fig 111.7) a la profundidad media de realización de la prueba. También se

anota preliminarmente la clasificación del suelo de acuerdo con el Sistema

Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) realizada en el campo y que po~

,,~~r/'.Irmente se corregir' con la información del laboratorio.

1.2.4.2 Correlaciones de N en suelos cohesivos

La resistencia a la penetración N se correlaciona empíricamente con la con­

sistencia y resistencia a la compresión simple q de los suelos cohesivos u

con la ayuda de la fig 111.8 (ref 4) o de la tabla 111.2 (ref 5).

N o 10 20 30

Muy Facilmente penetrable con el PUÑO

¡t blondo (varios cent{mettos)

Focilmente penetrable con el PULGAR , Blondo (varios centímetros)

~\ Puede ser penetroda con el PULGAR Medía con un esfuerzo moderado (varios

\ centímetros)

Focilmente morcodo con el PULGAR

~ Duro pero penetrado solo con grcn

"'-es.fuerzo

Focllmente morcadO con la UÑA ~ Muy duro DEL PULGAR

""" r: Ourt'imo Morcado con dific:ultod por la

:: UÑA DEL PULGAR

FIG.III.8. Correlaci6n entre N, qu y consistencia relativa

1.2.4.3 Correlaciones de N en suelos granulares

La resistencia a la penetración N se correlaciona con la compacidad relativa

(C )y ángulo <l> de los suelos granulares, tomando en cuenta la influencia del r

esfuerzo vertical efe~tivo (o ) como se muestra en la fig 111.9 (ref 4) en v o

esta gráfica el par de valores (N, a ) define un punto y su proyección, se­v o

gGn una recta de la familia de la gráfica, proporciona la correlaci6n men

cionada.

2.1.11

B.l:: N

I Po> en

ton/m2

Cr,e~ :orcentoje

35 85

Suelto I Medio Denso I Muy denso

~ 30 40 Valores tentativos de 4> ¡::-: :--ena medio uniforme (SPm) como suelo típico

FIG. 111.9. Correlac;6n ent~; N. O Y Cr v o

El valor de O se puede estimar con la :xpresión v o

y seco

y'

O = y seco hl + y' t: v o

profundidad del nivel fr¿ático, en m

profundidad de la pruebé~ en m

peso volumétrico seco de: material, arriba del

nivel freatico (1.5 ton/~3 , valor aproximado)

peso del material sumerg~~o (0.9 ton/ms , valor

aproximado)

Una correlación más simple, sin correccic~ por el esfuerzo vertical efecti­

vo, se presenta en la tabla 111.3 (ref 5) y que se recomienda solo para la

interpretación preliminar de la prueba.

2.1.1:

1 B.111

TABLA II 1. 3 Densidad relativa de arenas yel rume)'o de golpes obtenido en pruebas de penetraci6n est4ndar

1) : ! i"""1 .

Número de golpes Densidad relativa

0-4 Huy suelta 4-10 Suelta

10-30 ~ledia

30-50 Densa >50 Muy densa

2. PROCEDIMIENTOS DE liUESTREO

2.1 MUESTREO ALTERADO

2. l. 1 METODO MANUAL

2.1.1.1 Operación

Las muestras que se pueden obtener en pozos hechos con herramienta de perfó­

ración manual, como pala posteadora o brocas helicoidales consisten de pequ~

ños terrones que se rescatan a medida que progresa la excavación; estas mues

tras se conservarán en bolsas de polietileno o frascos de vidrio.

Las muestras que se obtengan de pozos a cielo abierto o zanjas podrán tomarse

de las paredes y del fondo; debe eliminarse el material superficial contami­

nado y tomarse la muestra de suelo recién descubierto. El tamaño de la mues­

tra esta en función de las pruebas que se realizaran; para un sondeo conven­

cional, las muestras deben ser de 0.5 kg; para estudiar el suelo como mate-­

rial de prestamo se deben tomar muestras de 10 kg de los estratos explota- -

bIes o una muestra integral de 30 kg, obtenida de una ranura vertical lateral

hecha en el pozo o corte; se elige el criterio de muestreo acorde al metodo

de explotación del banco. Las muestras se colocaran en bolsas de polietileno.

2.1.1.2 Registro de datos

Cuando el muestreo se hace con herramientas manuales de perforación, se po­

drá utilizar el registro de la fig 111.6 para recopilar la información.

2.1.13

B.III

OBRA: SONDEO. HOJA:

eFE LOCAL: l: NIV. FREAT.: FECHA:

SONDEO POZO A

CIELO ABIERTO )(: y= OPERADOR: SUPERVISOR;

_JJ,!

Corte "I¡ ,

Prof. m Muestra Clasificación SUCS Ademe Observaciones

N-S E-W

NOTAS

~ NI' Munlra inolterado

F 'Mues Ira alterado en Iraica

1---------------- B Mueiha alterodo en bolso

~--------------------------j

CLAVE

F0;~ Amllo I:~;;D Gravo

I:::::%] Limo ~ Orgónico

['·,;YI Areno NIVel friotíco

FIG.III.IO Registro de pozo a cielo abierto

2.1. 14

\ ,

\

B. III

Cuando se trate de pozos a cielo abierto se utilizará el registro anexo, fig

III.10.

2.1.1.3 Protección y transporte de muestras • ,/11

En el inciso 4 de los tomos 1 y 11 '~d describen los cuidados que requieren las

muestras alteradas para su conservación y transporte.

2.1.2 PENETRACION ESTANDAR

Se describió en el inciso 1.2

2.2 MUESTREO INALTERADO

2.2.1 METODO MANUAL

2.2.1.1 Operación

Se limpia y enrasa una superficie horizontal. de 50 cm de di&etro, en cuyo -

centro se marca un cuadro de 30 cm de ladQ; se le coloca encima manta de cíe

lo que se impregna de parafina con brea caliente, aplicSndola con la brocha;

enseguida se labran dos de los lados verticales y se protegen con manta y p.!.

rafina con brea; se continuan con los otros dos lados y se protegen tambí6n;

de,pués se corta la superficie base de la muestra; sí el suelo es muy blando,

conviene antes de hacer este corte, colocar una caja protectora (fig 111.11);

después de cortar la muestra se voltea y se protege también con manta y para­

fina con brea. Los vértices de las muestras se refuerzan con cintas de manta

impregnadas de parafina.

a) b)

. *. ~. ~

.. 0:-:"0

: :J-:·ri:· •• D •• ·•·•• :~ ... : .. :.~.

el d)

FIG.IJI.ll Procedimiento de obtenci6n de muestras cubicas

2.1.15

o

B. III

2.2.1.2 Registro de datos

La información de los pozos a cielo abierto se recopilar~ en el registro de

la fig 111.10. 'f

t 1

2.2.1.3 Protección y transporte de muestras " ¡ "

En el inciso 4 de los tomos 1 y 11 se describen los cuidados que requieren

las muestras inateradas para su conservación y transporte.

2.2.2 TUBO DE PARED DELGADA (SHELBY)

2.2.2.1 Operación.

El muestreador Shelby se hinca, con velocidad constante entre 15 y 30 cm/seg,

una longitud 15 cm menor a la del tubo, para dejar espacio donde alojar los

azolves que pudieran haber quedado dentro del lubo mismo. Despues del hinca­

do, se deja en reposo durante 0.5 min para que la muestra expanda en su inte

rior y aumente su adherencia; enseguida se corta la base de la muestra gira~

do 2 vueltas el muestreador y se procede a sacarlo al exterior, donde se lim

pia e identifica, se clasifica y protege a la muestra.

2.2.2.2 Registro de datos

Se utilizar~ el registro de campo de la fig 111.6 con la información que se

va obteniendo durante :~ ejecución del sondeo; conviene utilizar las abre -­

viaturas de la tabla 111.6 del capítulo de recomendaciones, para simplificar

la presentación; las notas al pie del registro son observaciones que se ha -

cen durante la ejecución y que pueden ayudar en la interpretación del sondeo.

Debe tambien anotarse la presión necesaria para hincar el muestreador y el

porcentaje de recuperación de muestra que expresa cualitativamente la calidad

que se alcanza en cada operación del muestreado, como se muestra en la tabla

111.4.

Rec L == H

100

Rec recuperaciOn

L longitud recuperada

H longitud muestreada

2.1.16

\

I

I

I j

I 4

B. !Ir

TABLA 111.4 Recuperaci6n de muestras ,,-/- .

Recuperaci6n Calidad

Rec = 100 excelente Rec = 80% bueno

50 < Rec < 80 malo Rec < 50 inaceptable

2.2.2.3 Protección y transporte de muestras

En los incisos 4 de los tomos 1 y 11. Se describen los cuidados que reauieren las muestras inalteradas para su conservacion y transporte.

2.2.3 I~ESTREADOR DENIS0N

2.2.3.1 Operación

Antes de introducir el muestreador al sondeo se debe ajustar la distancia d entre el tubo interior y la broca, como se indica en la fig 11.9 de acuerdo

con el n.a:.::.erial que se va a muestrear; tambi~n se debe verificar que la ca­

beza esté limpia, engrasados los baleros y que la válvula opere correctamen­

te. A continuación se baja el muestreador al fondo de la perforación y se

hinca por lo menos la profundidad d para evitar que el tubo interior gire al

iniciar la rotación del tubo éxterior. Durante el muestreo la máquina perfo­

radora transmite. a trav~s de la columna de barras, rotacion y fuerza verti­

cal, la primera varía entre 50 rpm para materiales blandos y 200 rpm para

los duros. En cuanto a la fuerza vertical puede ser hasta de 3 ton.

Una vez que se ha penetrado la longitud prevista o que el muestreador no pue

da avanzar, se suspende la rotación y la fuerza axial, se deja 0.5 min en re

poso para permitir que la muestra expanda; después se gira para romper la

muestra por la base y posteriormente extraer el muestreador.

La extracción del material que corta la broca, así como el enfriamiento de

la misma se hace con un fluido de perforación que circula por el espacio anu-

2.1.17

B.III

lar que dejan los dos tubos; en muestreos arriba del nivel freStico se debe

utilizar aire; podría ser admisible utilizar lodo, sólo si se demuestra que

la contaminación que induce a la muestra es tolerable. En muestreos abajo

del nivel freático puede utilizarse agua o lodo. Las características de es­

te lodo se discuten en la referencia 3. La presión de operación del fluido

de perforación debe ser la mínima con que se mantenga limpia la perforación.

2.2.3.2 Registro de datos

El registro de datos se hará igual al muestreador Shelby (inciso 2.2.2.2)

agregando la velocidad de rotación con qu~ se operó el muestreador.

2.2.3.3 Protección y transporte de muestras

Enlos incisos 4de los tomos I y II los cuidados que requieren las muestras -

para su conservación y transporte.

2.2.4 MUESTREADOR PITCHER

2.2.4.1 Operación

El muestreador se introduce en el sondeo con el tubo interior totalmente sali

do del exterior y la válvula deslizante abierta (fig II.ll.a); poco antes de

llegar al fondo de la excavación se inyecta fluido de perforación que sale -

por el tubo interior e impide que se introduzca el azolve del sondeo al tubo

(fig 11. 11.a) • Al iniciarse el hincado, el tt-bo interior toma su posición de

muestreo, la válvula deslizante se conecta para dar salida al fluido que que

da dentro del tubo interior y el resorte transmite la fuerza axial; en ese -

momento se puede iniciar la rotación del tubo exterior (fig II.II.b). Si du

rante el muestreo se encuentra un estrato duro, el resorte se contrae (fig

II.II.c) y almacena energía, que impulsa automáticamente al tubo interior si

llega a encontrarse. suelo blando nuevamente.

Este muestreador se opera con velocidades de rotación menores de 100 rpm; la

presión vertical debe permitirle avanzar con velocidades máximas de 5 cm/seg.

La longitud de la muestra que puede obtener es de 75 cm.

2.2.4.2 Registro de datos

El registro de datos se hará igual al muestreador Shelby (inciso 2.2.2.2)

agregando velocidad de rotación con que se operó el muestreador.

2.1.18

..,

i

I

,

,

\ I

B.lll

2.2.4.3 Protección y transporte de muestras

En los incisos 4 de los tomos 1 y 11 se describen los cuidados que requieren

las muestras para su conservación y transporte.

3. SUPERVlS10N DE LA EXPLORACI0N

Los trabajos de campo los supervisari un ingeniero; que durante la ejecución

del sondeo~ deberi seleccionar los muestreadores que se uti1icen~ incluso re

curriendo en un mismo sondeo a varios de los descritos. En la tabla 111.5 se

proporciona un resumen de los métodos de perforación y muestreo que pueden

aplicarse a los diferentes suelos que se presentan arriba y abajo del nivel

freitico~ jerarquizando su aplicabilidad.

El ingeniero supervisor seri responsable de verificar que la calidad de las

muestras que se obtengan sean aceptables, debe tambi~n recopilar la informa­

ción de los sondeos~ llenando los registros de campo; para facilitar esta la

bor pueden adoptar las abreviaturas y símbolos de la tabla 111.6 (ref 3). Fi­

nalmente debe presentar la localización de los sondeos en un plano que inc1u

ya: las trazas de las estructuras que se construirin~ las cargas que transmi

ten y los asentamientos permisibles.

2.1.19

•

N

N o

Arriba del nivel freático

(,oajo del nivel freático

R :

A :

P :

TABLA 11 I. 5 Criterio de selecci6n de métodos de exploraci6n y muestreo

TI PO DE SUELO Fetodo de perforac i 6n Sondeo de Muestro inalterado exploraci611

Suelos finos (con arenas y gravas) R P P R R A 1" 1'\

Suelos expansivos R P f"\ K Arenas con finos R P P K A P. ~.

'1 R Arenas con grava R P P R A H "" --Suelos finos muy duros R A R

Suelos finos muy blandos P A R A R R R ,~ R R R Suelos finos duros a muy duros P A R R R A R R R R ¡-\renas finas sueltas R iR P l, R R R i \

Arenas compactas A A R A R A 1\ R A A A Suelos orgánicos R R A R R A Arenas con grava P A R R A R

t~ECor'1EN DABL E -o ACEPTAoLE o é· N

o I rE)

POCO ACEPTAdLE Ion CI t"+"

o ~., -s -el -o -i DI ...... ro rE) C" c: Ion

rE) :::3 :::3 rE) O'" c' .,:;. ...... rE) rE) Ion o c: o o ::ti ::ti M" M" M" rE) rE) e. O o ::ti -s -s -s o. Ion '" O'

CI r- r- c-t t"+" O 0\ 0\ rE) rE) M" r+ ...... O'" CI DI CI CI t"+" 3 3 CI -s -s ~ o ...... < < o o CI rE) rE) o. "C rE) rE) e DI rE) CI DI ...... ...... o r+ r+ O CI CI CI O'" Ion -s o. o. 0\ 0\ ...... -s -s -s -s o. o. o t"+" O o :::3 :::3 0\ O O rE) O O ..-.. O :::3 o. o. -s -s -s ....

o o o n rE) ::r rE) O DI - O O O O rE) '" O o. O -o M" C' N :::3 :::3 :::3 :::3 :::3 t"+" ......

~. ~ rE) ...... CI -s CI llI\ CI :::3 t"+" -s DI :::3 CI ...... CI ...... '" :::3 :::3 Ion te ...... o O O-c..... te O te O rE) o.. el. M" CI '" ::r -s DI CI e o. e u.. o CI rE)\ 0\ o. O rE) ...... Ion - CI O CI O O -s Ion :::3 CI :::3 -s O -

._-- _ .. .- - --

-

I

tij

1-1 1-1 1-1

1 B.1n

1

TABLA IIJ.6 Abreviaturas y sfmbolos para formular los registros de campo

Simoolo Significado , 1 ~ Arcilla

~ ...... '":<J;" Limo

[illTIJ ~; :::<.:. Arena

¡,o " " ,°1 0°0 ••• 0 Grava

I

\ I

~ Boleo!>

[2l1 Relleno 1 x

lli1 Raices

g Turba

~ Conchas e •• y

F6siles

NF IHvel freático

~ Superficie del terreno

~ 4 <1 " Concreto

4> Diámetro

2. 1.21

B.1II

4. PROTECC10N y TRANSPORTE DE MUESTRAS

4.1 MUESTRAS ALTERADAS

Estas muestras, que pueden proceder ~+I ',:30ndeos alterados o de pruebas de pe­

netración estindar, se conservarán en frascos de 0.5 lt de capacidad, con bo

ca ar-:.d y tapa hermética, identificindolos como se muestra en la fig 111.12

Y colocindolos en cajas de carton de 20 unidades.

Las muestras alteradas de material de bancos de préstamo se deberin conservar

en bolsas de polietileno denso,sellindolas herméticamente con calor o bien -

con un nudo apretado; si no interesa conservar el contenido de agua natural­

pueden utilizarse bolsas de lona. En la fig 111.13 se muestra la etiqueta

con que debe identificarse cada una de las bolsas.

Para el transporte de muestras alteradas simplemente deben proteserse de los

agentes atmosféricos.

4.2 ~ruESTRAS CUBICAS INALTERADAS

Las muestras cúbicas de 30 cm de lado deben identificarse con la etiqueta de

la fig 111.13 adherida en la parte superior de la muestra, y colocarse en ca

jas de madera confinadas con empaque húmedo de espuma de poliuretano o serr1n

de 5 cm de espesor mínimo; la tapa de la caja debe fijarse con tornillos que

ficilmente puedan desmontarse para sacar la muestra.

Para el transporte de estas muestras deben protegérseles de los agentes at­

mosféricos y de vibtacioñes y golpes' que podrían dañar la estructura dél -­

suelo.

4.3 MUESTRAS INALTERADAS CONTENIDAS EN TUBOS

Las muestra&contenidas en tubos de los muestreadores de pistón, pared delga

da, Denison o Pitcher, se someten al mismo procedimiento: después de desmon­

tar el tubo de la cabeza que lo sostiene se coloca ~n el soporte para mues­

tras de la fig 111.14, con la parte inferior de la muestra hacia abajo; se

limpia la superficie exterior y del interior se eliminan los azolves con la

veleta de la fig 111.15; enseguida se coloca el sello mecinico de la fig

111.16, o se vierte parafina con brea caliente (15% de brea a 70 OC), para

formar un sello de 0.'1 cm de espesor. A continuación se invierte la posici5n

2.1. 22

B. III

----T-Identificacióo del sondeo

._-,,-,- Profundidad

o) Topo

Clasi ficación SUCS

Fecho Número de frasco

Numero de golpes de lo pruebo de penetración est6ndar

F-20

SPT. 10-/5-20

b) Frasco de 1/2 litro

FIG.III.12. Identificación de frascos

USE TINTA INDELEBLE o RECUBRA CON PARAFINA

IDENTIFICACIOII De: LA

eFE ---- _JIHfl) De:

© I'!IIIF'OIIACIG

SONDEO ~DI(w)

OI'I:RA_ FICHA

CLASIf"ICACICIN auca

FIG.III.13. Etiqueta para identificación de muestras

del tubo; se le extrae 1.0 cm de muestra con la veleta o una espatula para ha

cer lugar al sello mecanico de la fig 111.15 o el de parafina con brea; con el

material extraido se clasifica en el campo el suelo. Enseguida se identifica

el tubo adhiriéndole una etiqueta (fig 111.13) con parafina, señalando ade~1s

la parte superior de la muestra.

Un cuidado adicional que debe tenerse con muestras de arena sueltas, es el de

colocar un tapan temporal con perforaciones en la parte inferior de la muestra,

antes de sacar completamente el tubo muestreador de la boca del sondeo, se evi

ta con ésto que la muestra se pierda por la succian que se ~jerce al sacar el

2.1.23

B.III

muestreador y permite drenar el agua libre de la muestra.

Las muestras inalteradas contenidas en tubos deben transportarse en cajas de

madera para 3 o 4 muestras, recubiertas interiormente con espuma de poliure­

tano de 5 cm de espesor, cuidando que no sufran golpes ni vibraciones que da

ñen su estructura.

~ I ,

I-SU 11.5 -f 1,___ 1

15

10

FIG.1I1.14.

70

FIG.IlI.15.

Acotaciones en cm

Soporte para muestra

Bronce

Acotaciones en cm

=.- 1 0 .5

IDicÍm.deJ tubo T

Veleta para limpiar tubos

2.1.24

I I I

~'

I

B. III

Tuerca de ?ñ---mariposa

Aro .ello ---i: ~~~ ~ Plóstico

O¡óm. delt

FIG. 111 .16.

___ Perforación

Se 11 a mecán i ca

5. MAQUINAS y EQUIPOS DE PERFORACION y ~mESTREO

Los cat§logos de los fabricantes de estos equipos, mencionados en el tomo 11

podraa tomarse como las ayudas de diseño de este tema.

6. TECN1CAS DE PERFORACION

6.1 POZOS A CIELO ABIERTO

6.1.1 OPERACION

El procedimiento para realizar las excavaciones es del dominio general y por

ello no se describirá. En cuanto al ademado de pozos a cielo abierto se hará

como se muestra en la fig 1II.17 Y si se considera conveniente analizar se

puede hacer el cálculo estructural con las distribuciones de esfuerzo de la

fig III.1S.

2. 1. 25

Esquinero

Larguero

~ Esquinero

,.

Larguero J

Toblestoc odrl'

FIG.lII .17.

B.In

Larguero

---1.50i--¡'-t

:!!lo -

.III!.'!""" 150 25 cm

} F}

lt:I

! '.

1\ ;>-' 1,., ,,., V' .. ;.

I

~,-

~ ~ ,

J.5 o 2.0m (Decrementándose con lo profundIdad)

'f-- Cuños donde se requieran

Ademado para un pozo a cielo abierto

2.1. 26

,

¡ I

H

Ptt 6'

A

B

C

2< No < 5

O.76H6'H

yH-U50+HolC

o.15H

O.MH

0.46H

B.IIl

8 R

J;I-~~IC A ...... _cr-

1_ trH ~

~No<lO 1O<No<20 20<No P.76H6'H f? "'-:.K

-~I)'" 5H6H

yH-4C yJ+-(6-4NolC yH

0.15H ( 3-oD15NoJH O

O;.55H (lJ-Q.55No)H O

O.46H O.38H 0.33H

EXCAVACION EN ARCILLA a,b,c,d .s la distribución de presi6n. Lo formo del diagromo y la magnitud de los presiones dependen del número de estobilidad No=yHIt

EXCAVACION EN ARENA o,b.c,d distribución de presiÓn en oreno denso

PH = (0.64) K. y" COS &, octuondo a 0.5 H de lo base del cort • o,b.d,e distribución de presión .n areno suelto P =(0.72)K yH cos&,octuondooO.48H de la base del corte

FIG.III.18. Distribución de presiones debidas a excavaciones en arcillas y arena

En pozos excavados en arcilla se puede alcanzar una profundidad Z sin ne-max

cesidad de ademar sus paredes, donde:

Z = 4C max

donde:

Z profundidad que se puede excavar sin ademe, en (cm) max

C cohesión del suelo, en (kg/cm2 )

y peso vo1um~trico del suelo, en (kgjcm 3)

K coeficiente de empuje activo (k = 1) a a

6.2 METODO DE LAVADO

6.2.1 OPERACION

La operación consiste en levantar la columna de barras, con el trepano en la

punta, de 0.5 a 1 m y dejarla caer libremente con una frecuencia de hasta 60

2.1.27

-11

fl ...

B. !II

golpes por minuto, girando manualmente la tubería en cada golpe para que

cambie la posición del trepano y rompa con más facilidad. La bomba inyecta -

agua o lodo de perforación que arrastra a la superficie el material cortado;

adicionalmente el fluido al sa'';r",,:,pr el chiflón de descarga, erosiona y lim "'1 " -pia la zona en que el trepano golpea; cuando se utiliza lodo de perforación

sirve tambien para estabilizar las paredes del sondeo. A diferencia del agua,

en que posiblemente se requiera utilizar ademe metálico para evitar que se

desprenda material de las paredes. Un detalle que debe vigilarse es que la

capacidad erosiva del chiflón no altere la zona en que se tomará la muestra.

Durante la perforación el operador debe vigilar la coloración del agua o el

contenido de sólidos del lodo, así como la facilidad de penetración del tre

pano para advertir los cawbios de material en el subsuelc. La profundidad

tlláxima que puede alcanzarse con esta tecnica es del orden de 30 m.

6.3 PERFORACION A ROTACION CON AGUA O LODO

6.3.1 OPERACION

Esta técnica se aplica <!on mayor frecuencia utilizando lodos de perforación,

por lo que el personal de campo debe estar familiarizado con los detalles de

preparación y control de los mismos (ref 3); conviene utilizar lodos con de~

sidad entre 1.05 y 1.3 kg/lt y viscosidades entre 30 y 90 seg medidas con el

cono Marsh. En cuanto a la presión que se aplica a la broca, puede ser hasta

de 3 ton con velocidades de rotación de 200 a 500 rpm. Durante la perfora

ción el operador debe mantenerse vigilante de la velocidad de penetración y

de los materiales que salen con la corriente de lodo, porque fácilmente pu~

de penetrar estratos blandos significativos sin advertirlos. La profundidad

máxima que puede alcanzarse con esta tecnica es ilimitada.

6.4 PERFORACION EN SECO

6.4.1 OPERACION

La perforación con barras helicoidales básicamente consiste en introducirlas

a una velocidad de rotacion del orden de 50 rpm para que saquen a la superfi

cie el material cortado. Una vez que se alcanza la profundidad necesaria se

saca lentamente la columna, porque puede ejercerse succión que aflojaría el

material del fondo. En el caso de que la perforación sea inestable es conve

niente enjarrar lodo en las paredes de la perforacion introduciendo10 desde

2.1.28

f \

I

B.III

la superficie. La profundidad máxima que se puede alcanzar con esta técnica

es del orden de 30 metros.

La perforación en seco con ademe helicoidal es probablemente la t~cnica más

eficiente para la exploración geotecnica; consiste en introducir el ademe con . ':'1

un tapón central ~!~ vbtura su extremo, como se muestra en la fig II1.19a;

a continuación se retira el tapón con las barras centrales y queda libre el

extremo fig I1I.19b, para permitir que se introduzca el muestreador con que

se obtengan las muestras fig 111.19c. Enseguida se vuelve a colocar el ta -

pón obturador y continúa la perforación.

a) b) e)

FIG.III.19. Operación del ademe helicoidal

Esta tecnica limita el diámetro del muestreador con que se puede operar, sal­

vo que se utilicen ademes de 15 cm de diámetro interior para lo cual se re

quieren máquinas con potencia de por lo menos 50 HP.

2.1.29

\ \

B.III

7. RlPERENCIAS

1. Sanslerat G., "The penetrometer and soil exploration", Elsevier Pub­lishins Company, 1972, pp 5-16 Y 407-424

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6. Rvorslev M, IISub.urlace exploration and .ampling ol loils lor civil

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7. ASTM De.isnation: D 1S87-74, "Thin-Walled tube samplins ol .oils". 1977 pp 227-229

8. Wi~to:erk.orn H. and PanIR.(ed), "Poundation enC!ineerins handbook", Van tostrand Reinhold Company, 1975, pp 47-48

2.1. 30

1

I

I 1

f ,

1.

2.

3. ~: ,e

4.

5.

6.

7.

8.

IDICIONU DIL SK~~,)t.! B.lCTRICO

OIW PUIUCADAS

OPIRACIONDE SISTEMAS DE POTENCIA ELBQ. TRICA. /,.,. SfIl_o, Cim,rOl Cit.." •• Pr6loso: In¡. Al-berto EIeoIet ArtipL

GENESIS DE LOS AR.TlCULOS 27 y 123 DE LA CONSTITlfCION POLITICA 1917. '111'0' Ro.... ~ lopa Humberto HJriart Urdanlvla.

DISMO SISMICO DE PRESAS DE TIEllR.A Y !NR.o. OAMIENTO. ESTADO DEL ARTE. D .... " R"luil, Emilio ROIf,.W ... ,A " Bllrifu, M, .. do ••• Pr610p ADtoDlo CapeUa VizceJDo.

CALCULO DB FALLAS IN SISTEMAS DE POTENCIA. r,.,. R.t-' Oumwro C. Pr6loso: JIIÚI FIotea Valle.

1810-1821. DOCUMENTOS BABICOS DE LA INO!-PENDENCIA. R,ral C.,.,,.,,, ."iOl. Prólogo: Lic. PtD.da-ro Uri6ltepi Mlruda.

LOS REACTORES NUCLEARES Y LA PRODUCCION DE ELECTR.lCmAD. Ira,. Eranq ... O",tlta '1 04rcl •• ~ 10J0: Carlot V, ... 0c:6n.

LOS GRANDES PROBLEMAS NACIONALES. Arad,I, Moli1l4 Era';qufI. Prólogo: Guillermo Nrel Veluco.

GEOLOGIA y GEOTECNIA DEL PROYECTO HIDRO. ELECTRICO DE CHICOASEN, CHIAPAS. Ira,. Ric.,do RilHl/l,,'tacio. Pnsentac16n: In¡. Joaquln Carre6n-HemAndel.

9. PROCESO DE INTEGRACION DE LA INDUSTRIA ELECTRICA EN MEXICO. Ernesto de la Peña C. Pfe. sentad6n: Senador Leonardo Rodríguez AlcaiDe.

10. INTRODUCCION AL ESTUDIO DE LOS RADI~ ISOTOPOS. Mamut' Navarrde 'Y Luis Cabrera. Prólogo: Marcos Mazari.

11 • INVESTIGACIONES SOBRE EL DISMO y COMPOR­TAMIENTO DURANTE LA CONSTRUCCION DE LA PRESA CHICOASEN, MEXICO. Raúl J. Marsal ., Ed­muntlo Morenn G. (Edición en español e inglés).

JI-A. INVESTIGACION1';S SOBRE EL DISE~O y COM­PORTAMIENTO nURANTELA CONSTRUCCION DE LA PRESACHICOASEN. MEXICO. Raúl J. Marsal 'Y Edmuntlo Mort'"CJ G. (edición f'fi español).

12. F..NSAYO SOBRE EL VERDADERO ESTADO DE LA CUESTION SOCIAL y POLITICA QUE SE AGITA EN LA REPUBLICA MEXICANA. Mariano OleTO. Pr6Io­go: Humberto Hiriart Urda.~

J3. MANUAL DE DISERO DE OBRAS CIVILES. C.P.E. Instituto de Investip:iones Elktricas.

(Fasc~culos: A.I.8., A.I.9., B.I.I., B.l.2., B.I.3., B.I.4., B.I.5., B.2.l., B.3.,2., C.I.I.)

J4. CONl1lmUCIONES A LA MECANICA DE MEDIOS GRANULARES. Selecci6n de trabajos de Raúl/. M.rsIIl. Pr610g0: Daniel Resbldiz N6ñez.

• ...... r '" Ter.in~ de t.prt.ir.e por Federaci6n

Editorial MesicaDa. Manzanillo No.64 Misico 7, D.F., ellO de diciembre

de 1979. La ediciSn en tiro de 5,000 ej.-pla-1' •• , e.tuvo al cuidado del In¡. Jor­se Arriola Aguilar y Roaelio Villa-

,r1'eal B.

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