TRABAJO DE GEOLOGIATEMA: EXPLORACION Y MUESTREO DEL SUELO
PRESENTADO POR:
Janner Brochero Victor Diaz Carol MorenoSergio Rodriguez Javier
Sandoval Luis Tovar Gerson Velez
PRESENTADO A:
Ing. Pasto Castilla Consuegra
CORPORACION UNIVERSITARIA DE LA COSTA FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL ABRIL DEL 2009
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar la gran importancia que tiene el estudio de
exploracin y muestreo de suelos que constituyen cierto terreno.
OBJETIVO ESPECIFICO
Mediante la exploracin obtener la informacin que permita
determinar las caractersticas geotcnicas de las rocas o los suelos
de cierto terreno.
Mediante el muestreo saber la importancia del conocimiento de
los depsitos de suelos identificados en la etapa preliminar del
estudio geotcnico.
INTRODUCCION
En el desarrollo de un proyecto civil, se requiere conocer
previamente las condiciones del terreno donde se apoyara la
estructura, o si la estructura a desarrollar es construida con
tierra o roca, adems de las condiciones del suelo es necesario
conocer las posibles fuentes de material.
Cuando se analiza una estructura, desde el punto de vista de la
mecnica de suelo, se puede hablar de tres categoras:
a. Estructuras donde el problema bsico es el entendimiento de la
interaccin de la estructura con el suelo. Dentro de estas
estructuras se incluyen: Fundaciones, estructuras de retencin,
lneas de tneles o sistemas de conduccinb. Estructuras construidas
en tierra como vas, carreteras, presas de tierra o pedraplenes,
bases y sub bases para pavimentos.c. Estructuras de tierra o rocas
en condiciones naturales, en estas incluimos los taludes naturales
o los cortes generados ante alguna obra o accin desarrollada por el
hombre.
En cualquiera de estos casos, el entendimiento de las
propiedades del suelo ayuda a la mejor comprensin de los posibles
problemas o situaciones generadas, de esta manera los diseos o
acciones seguirn las condiciones de seguridad y economa de la
obra.
Debido a que en la mayora de los casos los costos del estudio de
suelo son los ms exigentes al inicio de cada obra y que se debe
asegurar siempre que los estudios cubran toda la zona de influencia
de esta, es necesario desarrollar un adecuado programa de
exploracin y muestreo del rea de inters.
Los procedimientos para obtener informacin de las caractersticas
del suelo se pueden dividir en dos categoras:
a. Mtodos indirectos: Dentro de estos se incluyen fotografas
areas, mapas topogrficos, interpretacin de mapas e informes de
reportes geolgicos o estudios de suelo previamente desarrollados.b.
Mtodos directos: Realmente son los mas importante y los que mas
informacin suministran desde el punto de vista del estudio de
suelos, son:
Reconocimiento geolgico de la zona. Incluye la inspeccin visual
directa por un profesional de las condiciones de los materiales en
su estado natural, visitando laderas de ros o quebradas, cortes
existentes de vas, tneles o conducciones naturales.
Realizacin de apiques, perforaciones, trincheras, que permitan
la recuperacin de muestras alteradas o inalteradas de la zona de
inters.
Ensayos preliminares in-situ los cuales permiten correlacionar
los resultados obtenidos con las propiedades ingenieriles o la
informacin general obtenida.
Ensayos detallados in-situ, estos permiten medir directamente en
campo las propiedades de los suelos.
El propsito de este primer aparte es presentar la informacin
respecto a las diferentes tcnicas y mtodos de recuperacin de
muestras tanto alteradas como inalteradas para la posterior
evaluacin de sus propiedades tanto fsica como mecnica.
TIPOS DE SONDEOS
Los tipos principales de sondeos que se usan en mecnica de
suelos para fines de muestreo y reconocimiento del subsuelo, en
general, son los siguientes:
1. MTODOS DE EXPLORACIN DE CARCTER PRELIMINAR.
a) Pozos a cielo abierto, con muestreo alterado o
inalterado.
b) Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o mtodos
similares. c) Mtodos de lavadod) Mtodos de penetracin estndar. e)
Mtodo de penetracin cnica.f) Perforaciones en boleos y gravas (con
barretones, etc.)
2. MTODOS DE SONDEO DEFINITIVO.
a) Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado. b) Mtodos con
tubo de pared delgada.c) Mtodos rotatorios para roca.
1. METODOS DE EXPLORACION DE CARCTER PRELIMINAR
a) POZOS A CIELO ABIERTO, CON MUESTREO ALTERADO O
INALTERADO:
Cuando este mtodo sea practicable debe considerrsele como el ms
satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo, ya que
consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para que un
tcnico pueda directamente bajar y examinar los diferentes estratos
de suelo en su estado natural, as como darse cuenta de las
condiciones precisas referentes al agua contenida en el suelo.
Desgraciadamente este tipo de excavacin no puede llevarse a grandes
profundidades a causa, sobre todo, de la dificultad de controlar el
flujo de agua bajo el nivel fretico; naturalmente que el tipo de
suelo de los diferentes estratos atravesados tambin influye
grandemente en los alcances del mtodo en s.
Deben cuidarse especialmente los criterios para distinguir la
naturaleza del suelo "in situ" y la misma, modificada por la
excavacin realizada. En efecto, una arcilla dura puede, con el
tiempo, aparecer como suave y esponjosa a causa del flujo de agua
hacia la trinchera de excavacin; anlogamente, una arena compacta
puede presentarse como semifluida y suelta por el mismo motivo. Se
recomienda que siempre que se haga un pozo a cielo abierto se lleve
un registro completo de las condiciones del subsuelo durante la
excavacin, hecho por un tcnico conocedor.
En estos pozos se pueden tomar muestras alteradas o inalteradas
de los diferentes estratos que se hayan encontrado.
b) PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS HELICOIDALES O MTODOS
SIMILARES:
En estos sondeos exploratorios la muestra de suelo obtenida es
completamente alterada, pero suele ser representativa del suelo en
lo referente a contenido de agua, por lo menos en suelo muy
plstico.
Los barrenos helicoidales pueden ser de diferentes tipos no slo
dependiendo del suelo por atacar, sino de acuerdo con la
preferencia particular de cada perforista.
Un factor importante es el paso de la hlice que debe ser muy
cerrado para suelos arenosos y mucho ms abierto para el muestreo en
suelos plsticos.
Posiblemente ms usadas que los barrenos son las posteadoras a
las que se hace penetrar en el terreno ejerciendo un giro sobre el
mineral adaptado al extremo superior de la tubera de perforacin.
Las herramientas se conectan al extremo de una tubera de
perforacin, formada por secciones de igual longitud, que se van
aadiendo segn aumenta la profundidad del sondeo.
En arenas colocadas bajo el nivel de aguas freticas estas
herramientas no suelen poder extraer muestras y en esos casos es
preferible recurrir al uso de cucharas especiales, de las que
tambin hay gran variedad de tipos.
Las muestras de cuchara son generalmente ms alteradas todava que
las obtenidas con barrenos helicoidales y posteadoras; la razn es
el efecto del agua que entra en la cuchara junto con el suelo,
formando en el interior una seudosuspensin parcial del mismo. Es
claro que en todos estos casos las muestras son cuando mucho
apropiadas solamente para pruebas de clasificacin y, en general,
para aquellas pruebas que no requieran muestra inalterada. El
contenido de agua de las muestras de barreno suele ser mayor del
real, por lo que el mtodo no excluye la obtencin de muestras ms
apropiadas, por lo menos cada vez que se alcanza un nuevo
estrato.
Fig. 5.4 Tipos de cucharas muestreadoras
Fig. 5.5 Herramientas para sondeos exploratorios por rotacin a)
Barrenos b) Posteadoras
Frecuentemente es necesario ademar o revestir el pozo de sondeo,
lo cual se realiza con tubera de hierro, hincada a golpes, de
dimetro suficiente para permitir el paso de las herramientas
muestreadoras. En la parte inferior una zapata afilada facilita la
penetracin. A veces, la tubera tiene secciones de dimetros
decrecientes, de modo que las secciones de menor dimetro vayan
entrando en las de mayor. Los diferentes segmentos se retiran al
fin del trabajo usando gatos apropiados.
Para el manejo de los segmentos de tubera de perforacin y de
ademe, en su caso, se usa un trpode provisto de una polea, a una
altura que permita las manipulaciones necesarias. Los segmentos
manejados se sujetan a travs de la polea con cable de manila o
cable metlico inclusive: los operadores pueden intervenir
manualmente en las operaciones, guiando y sujetando los segmentos
de tubera de perforacin por medio de llaves de diseo especial
propias para esas maniobras y para hacer expedita la operacin del
atornillado de los segmentos.
Un inconveniente serio de la perforacin con barrenos se tiene
cuando la secuencia estratigrfica del suelo es tal que a un estrato
firme sigue uno blando.
En estos casos es muy frecuente que se pierda la frontera entre
ambos o aun la misma presencia del blando.
El error anterior tiende a atenuarse accionando el barreno
helicoidal tan adelantado respecto al ademe como lo permita el
suelo explorado.
c) MTODO DE LAVADO:
Este mtodo constituye un procedimiento econmico y rpido para
conocer aproximadamente la estratigrafa del subsuelo. El mtodo se
usa tambin en ocasiones como auxiliar de avance rpido en otros
mtodos de exploracin. Las muestras obtenidas en lavado son tan
alteradas que prcticamente no deben ser consideradas como
suficientemente representativas para realizar ninguna prueba de
laboratorio.
El equipo necesario para realizar la perforacin incluye un
trpode con polea y martinete suspendido, de 80 a 150 Kg de peso,
cuya funcin es hincar en el suelo a golpes el ademe necesario para
la operacin. Este ademe debe ser de mayor dimetro que la tubera que
vaya a usarse para la inyeccin del agua. En el extremo inferior de
la tubera de inyeccin debe ir un trpano de acero, perforado, para
permitir el paso del agua a presin. El agua se impulsa dentro de la
tubera por medio de una bomba.
La operacin consiste en inyectar agua en la perforacin, una vez
hincado el ademe, la cual forma una suspensin con el suelo en el
fondo del pozo y sale al exterior a travs del espacio comprendido
entre el ademe y la tubera de inyeccin; una vez fuera es recogida
en un recipiente en el cual se puede analizar el sedimento. El
procedimiento debe ir complementado en todos los casos por un
muestreo con una cuchara del trpano; mientras las caractersticas
del suelo no cambien ser suficiente obtener una muestra cada 1,50 m
aproximadamente, pero al notar un cambio en el agua eyectada debe
procederse de inmediato a un nuevo muestreo. Al detener las
operaciones para un muestreo debe permitirse que el agua alcance en
el pozo un nivel de equilibrio, que corresponde al nivel fretico
(que debe registrarse). Cualquier alteracin de dicho nivel que sea
observada en los diferentes muestreos debe reportarse
especialmente.
Fig. 5.6 Dispositivo para el sondeo por lavado a) Conjunto, b)
Barrenos de perforacin
d) MTODO DE PENETRACIN ESTNDAR:
Este procedimiento es, entre todos los exploratorios
preliminares, quiz el que rinde mejores resultados en la prctica y
proporciona ms til informacin en torno al subsuelo y no slo en lo
referente a descripcin.
Fig. 5.7 Penetrmetro Estndar
En suelos puramente friccionantes la prueba permite conocer la
compacidad de los mantos que es la caracterstica fundamental
respecto a su comportamiento mecnico. En suelos plsticos la prueba
permite adquirir una idea, si bien tosca, de la resistencia a la
compresin simple. Adems el mtodo lleva implcito un muestreo, que
proporciona muestras alteradas representativas del suelo en
estudio.
El equipo necesario para aplicar el procedimiento consta de un
muestreador especial de dimensiones establecidas (Fig. 5.7). Es
normal que el penetrmetro sea de media caa, para facilitar la
extraccin de la muestra.
La utilidad e importancia mayor de la prueba de penetracin
estndar radica en las correlaciones realizadas en el campo y en el
laboratorio en diversos suelos, sobre todo arenas, que permiten
relacionar aproximadamente la compacidad, el ngulo de friccin
interna en arenas y el valor de la resistencia a la compresin
simple en arcillas, con el nmero de golpes necesarios en ese suelo
para que el penetrmetro estndar logre entrar los 30 cm
especificados.
e) MTODO DE PENETRACIN CNICA:
Estos mtodos consisten en hacer penetrar una punta cnica en el
suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. Existen diversos
tipos de conos.
Fig. 5.8 Penetrmetros cnicos a) Tipo Dansb) Tipo Holands
c) Tipo para ensaye dinmico d) Tipo de inyeccinDependiendo del
procedimiento para hincar los conos en el terreno, estos mtodos se
dividen en estticos y dinmicos. En los primeros la herramienta se
hinca a presin, medida en la superficie con un gato apropiado; en
los segundos el hincado se logra a golpes dados con un peso que
cae.
En la prueba dinmica puede usarse un penetrmetro atornillando al
extremo de la tubera de perforacin, que se golpea en su parte
superior de un modo anlogo al descrito para la prueba de penetracin
estndar. Es normal usar para esta labor un peso de 63,5 Kg, con 76
cm de altura de cada, o sea la misma energa para la penetracin
usada en la prueba estndar. Tambin ahora se cuenta los golpes para
30 cm de penetracin de la herramienta.
A modo de resumen podra decirse que las pruebas de penetracin
cnica, esttica o dinmica, son tiles en zonas cuya estratigrafa sea
ya ampliamente conocida a priori y cuando se desee simplemente
obtener informacin de sus caractersticas en un lugar especfico;
pero son pruebas de muy problemtica interpretacin en lugares no
explorados a fondo previamente. La prueba de penetracin estndar
debe estimarse preferible en todos los casos en que su realizacin
sea posible.
f) PERFORACIONES EN BOLEOS Y GRAVAS:
Con frecuencia es necesario atravesar durante las perforaciones
estratos de boleos o gravas que presentan grandes dificultades para
ser perforados con las herramientas hasta aqu descritas. En estos
casos se hace necesario el empleo de herramientas de mayor peso,
del tipo de barretones con taladros de acero duro, que se suspenden
y dejan caer sobre el estrato en cuestin, manejndolos con cables.
En ocasiones se ha recurrido, inclusive, al uso localizado de
explosivos para romper la resistencia de un obstculo que aparezca
en el sondeo.
2. MTODOS DE SONDEO DEFINITIVO
a) POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO INALTERADO (CALICATA):
Este mtodo de exploracin ha sido ya descrito por lo que no se
considera necesario describirlo nuevamente. Sin embargo, es
conveniente insistir en el hecho de cuando es factible, debe
considerarse el mejor de todos los mtodos de exploracin a
disposicin del ingeniero para obtener muestras inalteradas y datos
adicionales que permitan un mejor proyecto y construccin de una
obra.
b) MUESTREO CON TUBOS DE PARED DELGADA:
Desde luego de ningn modo y bajo ninguna circunstancia puede
obtenerse una muestra de suelo que pueda ser rigurosamente
considerada como inalterada. En efecto, siempre ser necesario
extraer al suelo de un lugar con alguna herramienta que
inevitablemente alterar las condiciones de esfuerzo de su vecindad;
adems, una vez la muestra dentro del muestreador no se ha
encontrado hasta hoy y es dudoso que jams llegue a encontrarse, un
mtodo que proporcione a la muestra, sobre todo en su cara superior
e inferior los mismos esfuerzos que tenia "in situ".
Este tipo de muestreadores no es recomendable para suelos muy
blandos, con alto contenido de agua y arenas, ya que en ocasiones
no logran extraer la muestra, saliendo a la superficie sin
ella.
c) MTODOS ROTATORIOS PARA ROCA:
Cuando un sondeo alcanza una capa de roca ms o menos firme o
cuando en el curso de la perforacin las herramientas hasta aqu
descritas tropiezan con un bloque grande de naturaleza rocosa, no
es posible lograr penetracin con los mtodos estudiados y ha de
recurrirse a un procedimiento diferente.
Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en la
perforacin se hace indispensable recurrir al empleo de mquinas
perforadoras a rotacin, con broca de diamantes o del tipo cliz.
En las primeras, en el extremo de la tubera de perforacin va
colocado un muestreador especial, llamado de "corazn", en cuyo
extremo inferior se acopla una broca de acero duro con
incrustaciones de diamante industrial, que facilita la
perforacin.
Equipo para muestreo en roca
a) Maquina perforadora b) Muestreador para broca de diamante c)
Muestreador tipo cliz d) Algunos tipos de brocas
En las segundas, los muestreadores son de acero duro y la
penetracin se facilita por medio de municiones de acero que se
echan a travs de la tubera hueca hasta la perforacin y que actan
como abrasivo. En roca muy fracturada puede existir el peligro que
las municiones se pierdan. Perforadoras tipo cliz se han construido
con dimetros muy grandes, hasta para hacer perforaciones de 3m; en
estos casos la mquina penetra en el suelo con la misma broca.
De acuerdo a lo anterior se concluye que el xito de una maniobra
de perforacin rotatoria depende fundamentalmente de esos tres
factores:
Velocidad de rotacin.
Presin de agua.
Presin sobre la broca.
BIBLIOGRAFIA
JUREZ BADILLO. Mecnica de suelos tomo I. Pginas: 613 - 632
http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/exploracM2.htm
http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/sondajeM2.htm
http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/sondeoM2.htm
