ExploracióN Y Muestreo DE Suelos PDF

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EXPLORACIÓN Y MUESTREO DE SUELOS Se sabe que tanto la etapa del proyecto, como durante la ejecución de la obra de que se trate, con datos firmes, seguros y abundantes respecto a suelo con el que se está tratando. El conjunto de estos datos debe llevar al proyectista a adquirir una concepción razonablemente exacta de de las propiedades físicas del suelo que haya de ser consideradas en sus análisis. En realidad es en el laboratorio de mecánica de suelos en donde el proyectista ha de obtener los datos definitivos para su trabajo; primero, al realizar las pruebas de clasificación ubicará en forma correcta la naturaleza del problema particular, para definir las características de deformación y resistencia a los esfuerzos en el suelo con que haya que laborar. Pero para llegar en el laboratorio a unos resultados razonablemente dignos de crédito es preciso cubrir en forma adecuada una etapa previa e imprescindible: la obtención de las muestras de suelo apropiadas para la realización de las correspondientes pruebas. A continuación se mencionarán los tipos principales de sondeos que se usan en Mecánica de suelos para fines de muestreo y conocimiento del subsuelo, en general, son los siguientes: Métodos de exploración de carácter preliminar a) Pozo a cielo abierto, con muestreo alterado o inalterado b) Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o métodos c) Métodos de lavado d) Método de penetración estándar e) Método de penetración cónica f) Perforaciones en boleos y gravas (con barretones, etc. ) Métodos de sondeo definitivo a) Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado b) Métodos con tubo de pared delgada c) Métodos rotatorios para roca Métodos geofísicos a) Sísmico b) De resistencia eléctrica c) Magnético y gravimétrico SONDEOS EXPLORATORIOS a) Pozo a cielo abierto b) Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o métodos similares

En estos sondeos exploratorios la muestra del suelo obtenida es completamente alterada, pero suele ser representativa del suelo en lo referente a contenido de agua, por lo menos en un suelo muy plástico. La muestra se extrae con barrenos helicoidales o una posteadora. La primera herramienta mencionada puede ser de muy diferentes tipos no sólo dependiendo del suelo por atacar, si no también de acuerdo con la preferencia particular de cada perforista. Un factor importante es el paso de la hélice que debe ser muy cerrado para suelos arenosos y mucho más abierto para el muestreo en suelos plásticos. Un inconveniente serio de la perforación con barrenos se tiene cuando la secuencia estratigráfica del suelo es tal que 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. c) Método de lavado Este método constituye un procedimiento económico y rápido para conocer aproximadamente la estratigrafía del subsuelo. El método se usa también en ocasiones como auxiliar de avance rápido en otros métodos de exploración. Las muestras obtenidas en el lavado son tan alteradas que prácticamente no deben ser consideradas como suficientemente representativas para realizar ninguna prueba de laboratorio. El equipo necesario para realizar la perforación incluye un trípode con polea y martinete suspendido, de 80 a 150 kg, de peso, cuya función es hincar en el suelo a golpes el ademe necesario para la operación. Este ademe debe ser de mayor diámetro que la tubería que vaya a usarse para la inyección del agua. En el extremo inferior de la tubería de inyección debe ir un trépano de acero, perforado, para permitir el paso del agua a presión. El agua se impulsa dentro de la tubería por medio de una bomba. La operación consiste en inyectar agua en la perforación, una vez hincado de ademe, la cual forma una suspensión con el suelo en el fondo del pozo y sale al exterior a través de espacio comprendido entre el ademe y la tubería de inyección; una vez fuera es recogida en un recipiente en el cual se puede analizar el sedimento. d) Método de penetración estándar e) Método de penetración cónica Este método consiste en hacer penetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. Existen diversos tipos de conos. Dependiendo del procedimiento para hincar los conos en el terreno, estos métodos se dividen en estáticos y dinámicos. En los primeros la

herramienta se hinca a presión, medida en la superficie con un gato apropiado; en el segundo el hincado se logra a golpes dados con un peso que cae. Tampoco se obtienen muestras de suelo con este procedimiento y ésta debe verse como una limitación importante. También se tiene el inconveniente de que no existen correlaciones de existencia en prueba cónica estática con valores obtenidos por otros métodos de eficacia más confiable; en arcillas, existe el inconveniente adicional de que la resistencia de estos materiales depende mucho de la velocidad de aplicación de las cargas, por lo que en la prueba pueden tenerse resultados no representativos de la realidad. f) Perforaciones en boleos y grabas Con frecuencia es necesario atravesar durante las perforaciones estratos de boleos o gravas que presentan grandes dificultades para ser perforados con las herramientas que se han descrito anteriormente. En estos casos se hace necesario el empleo herramental más pesado, del tipo de barretones con taladros de acero duro, que se suspenden y dejan caer sobre el estrato en cuestión, manejándolos con cables. En ocasiones se ha recurrido inclusive al uso localizado de explosivos para romper la resistencia de un obstáculo que aparezca en el sondeo. MÉTODOS DE SONDEO DEFINITIVO Aquí son incluidos los métodos de muestreo que tienen por objeto rendir muestras inalteradas en suelos, apropiados para pruebas de compresibilidad y resistencia y muestras de roca, que no pueden obtenerse por los métodos mencionados anteriormente. a) Pozo a cielo abierto con muestreo inalterado b) Muestreo con tubos de pared delgada Desde luego de ningún modo y bajo ninguna circunstancia puede obtenerse una muestra de suelo que pueda ser rigurosamenteconsiderada como inalterada. En efecto, siempre será necesario extraer al suelo de un lugar con alguna herramienta queinevitablemente alterará las, condiciones de esfuerzo en su vecindad; además, una vez la muestra dentro del muestreador no se haencontrado hasta hoy y es dudoso que jamás llegue a encontrarse, un método que proporcione a la muestra, sobre todo en sus caras superior e inferior los mismos esfuerzos que tenía “in situ”. Aparte de esto, la remoción de la muestra del muestreador al llegar al laboratorio produce inevitablemente otro cambio los esfuerzos, pues la fase líquida deberá trabajar a tensión y la fase sólida acompresión en la medida

necesaria para que se impida la expansión de la muestra, originalmente confinada en el suelo y ahora libre. La alteración producida por esta extracción es un factor importante aún y cuando se recurra al procedimiento de cortarlongitudinalmente al muestreador para evitar el efecto de la fricción lateral, si bien con este procedimiento más costoso se atenúa laalteración. Por lo anterior, cuando en Mecánica de Suelos se habla de muestras "inalteradas" se debe entender en realidad un tipo de muestra obtenida por cierto procedimiento que trata de hacer mínimos los cambios en las condiciones de la muestra “in situ”, sin interpretar la palabra en su sentido literal. c) Métodos rotatorios para roca Cuando un sondeo alcanza una capa de roca más o menos firme, o cuando en el curso de la perforación de las herramientas descritas anteriormente tropiezan con un bloque grande de naturaleza rocosa, no es posible lograr penetración con los métodos antes mencionados y se debe recurrir a un procedimiento diferente. Al momento en el que un gran bloque o un estrato rocoso aparezca en la perforación se hace indispensable recurrir al empleo de máquinas perforadoras a rotación, con broca de diamantes o del tipo cáliz. La colocación de los diamantes en las brocas depende del tipo de roca a atacar. En rocas duras es recomendable usas brocas con diamantes tanto en la corona como en el exterior para reducir el diámetro de la muestra, y en el exterior para agrandar la perforación y permitir el paso con del muestreador con facilidad. En rocas medianamente duras suele resultar suficiente emplear brocas con inserciones de carburo de tungsteno en la corona. En rocas suaves, del tipo de lutitas, pizarras, etc., basta usar una broca de acero duro en diente de sierra. Las velocidades de rotación son variables, de acuerdo con el tipo de roca a atacar. En todos los casos, a causa del calor desarrollado por las grandes fricciones producidas por la operación de muestreo, se hace indispensable inyectar agua fría de modo continuo, por medio de una bomba situada en la superficie. También se hace necesario ejercer presión vertical sobre la broca, a fin de facilitar su penetración. El éxito de una maniobra de perforación rotatoria depende fundamentalmente del balance de esos tres factores principales, velocidad de rotación, presión de agua y presión sobre la broca, respecto al tipo de roca explorado. MÉTODOS GEOFÍSICOS

Son métodos de exploración de suelos, desarrollados principalmente con el propósito de determinar las variaciones en las características físicas de los diferentes estratos del subsuelo. a) Método sísmico Este procedimiento se funda en la diferente velocidad de propagación de las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales. Las mediciones realizadas sobre diversos medios permiten establecer que esa velocidad de propagación tenga una variación. Esencialmente el método consiste en provocar una explosión en un punto determinado del área explorar usando una pequeña carga de explosivo, usualmente nitroamonio. b) Método de resistividad eléctrica Este método se basa en el hecho de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menos resistividad eléctrica cuando una corriente es inducida. Su principal aplicación está en el campo de la minería, pero en mecánica de suelos se ha aplicado para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo. c) Métodos magnéticos y gravimétricos El trabajo de campo correspondiente a estos métodos de exploración es similar, distinguiéndose en el aparato usado. En el método magnético se usa un magnetómetro, que mide la componente vertical del campo magnético terrestre en la zona considerada, en varias estaciones próximas a entre sí. En los métodos gravimétricos se mide la aceleración del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explora. Valores de dicha aceleración ligeramente más altos que el normal de la zona indicarán la presencia de masas duras de roca; lo contrario será índice de la presencia de masas ligeras o cavernas y oquedades. En general estos métodos casi no han sido usados con fines ingenieriles, dentro del campo de la mecánica de suelos, debido a lo errático de su información y a la difícil interpretación de sus resultados....