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OBJETIVOSMETODOS DE EXPLORACION DE CARCTER PRELIMINARa) Pozos a cielo abierto, con muestreo alterado o inalterado

b) Perforaciones con posteadora, barreanos helicoidales o similares

c) Mtodos de lavado

d) Mtodo de penetracin estndar

e) Mtodo de penetracin cnica

f) Perforaciones en boleos y gravas (con barretones, etc)

METODOS DE SONDEO DEFINITIVO a) Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado

b) Mtodos con tubos de pared delgada

c) Mtodos rotatorios para roca

METODOS DE EXPLORACION DE CARCTER PRELIMINAR

OBJETIVOS El presente informe tiene por finalidad que los alumnos, puedan comprender una de las etapas que se tiene que realizar en la mecnica de suelos.

b) Perforaciones con posteadora y barreno helicoidalCon el objeto de obtener muestras alteradas hasta una profundidad mxima de 15 metros que nos d una informacin preliminar, en formaciones geolgicas de suelos suaves es recomendables usar este tipo de herramientas. Otro uso que tienen es determinar la profundidad del nivel fretico, profundizar excavaciones a cielo abierto y limpiar los sondeos que se efecten por otros mtodos.Equipo. Posteadora con maneral, las hay de 4 a 9 de dimetro (ms usadas las de 4 y 6). Barreno helicoidal, las hay desde 2 a 3 de dimetro. Barreno espiral Cuchara limpiadora

Procedimiento. Con un pico y una pala se inicia un pequeo agujero para poder introducir la herramienta en l. Seguidamente por medio de giros aplicados se hace avanzar sta en el terreno, quedando aprisionada la muestra entre las hojas de lmina curvada. Un factor importante, es el paso de la hlice que debe ser muy cerrado para suelos arenosos y mucho ms abierto para el muestro en suelos plsticos.Hay barrenos movidos por motor capaces de hacer agujeros en algunos suelos de hasta 25 metros de profundidad en minutos. Las barrenas mecnicas con espiras pueden perforar sin interrupcin y stas traern a la superficie el material removido; pero existe el inconveniente de que no se tiene la seguridad de que no se tiene la profundidad exacta de la muestra, por lo tanto, es necesario barrenar cada vez de 1.0 a 1.5 metros y sacar la muestra.Frecuentemente se hace necesario ademar 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 muestradoras. En la parte inferior una zapata afilada facilita la penetracin. Para el manejo de la tubera de perforacin y ademado se usa un trpode provisto de una polea a una altura que permita las manipulaciones necesarias.La principal limitacin de este procedimiento es que tritura las partculas blandas y no penetra la roca.

c) Mtodo de lavadoEste mtodo constituye un procedimiento econmico y rpido cuando se requiere una limitada informacin, para conocer aproximadamente la estratigrafa del suelo o la profundidad de un estrato duro.Equipo. Trpode con polea Martinete suspendido de 80 a 150 kg, cuya funcin es hincar el suelo a golpes el ademe necesario para la operacin. Tubera de inyeccin, en cuyo extremo inferior debe ir un trepano de acero perforado.Procedimiento.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 para su anlisis.El procedimiento debe ir complementado en todo los casos por un muestreo con una cuchara saca-muestras, colocada en el lugar del trepano; mientras las caractersticas del suelo no cambien ser suficiente obtener una muestra a cada 1.5 metros o cuando haya un cambio en el color del agua.Al detenerse las operaciones para un muestreo, debe permitirse que el agua alcance en el pozo un nivel de equilibrio que corresponde al nivel fretico.La dureza del suelo se puede estimar por la velocidad de la perforacin.Su eso se limita como auxiliar de otros mtodos de perforacin para avanzar en los sondeos y ahorrar en el desgaste de herramientas.

d) Mtodo de penetracin estndarEl ensayo de penetracin estndar (SPT), desarrollado por Terzagui a finales de los aos 20, es el ensayo in situ ms popular y econmico para obtener informacin geotcnica del subsuelo. Se estima que el 85 % a 90 % de los diseos de las cimentaciones convencionales de Norte y Sur Amrica se basan en los valores de N medidos en el SPT ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)El ensayo de penetracin estndar es una prueba de penetracin dinmica in situ diseado para proporcionar informacin sobre las propiedades de ingeniera geotcnica del suelo. El procedimiento de ensayo se describe en la norma britnica BS EN ISO 22476-3, ASTM D1586.Descripcin del ensayo:La prueba utiliza un tubo de muestras de pared gruesa, con un dimetro exterior de 50 mm y un dimetro interior de 35 mm, y una longitud de alrededor de 650 mm. Esto es impulsado en el suelo en la parte inferior de un pozo de sondeo por los golpes de un martillo deslizante con un peso de 63,5 kg caen a travs de una distancia de 760 mm. El tubo de muestra es impulsada 150 mm en el terreno y luego se graba el nmero de golpes necesarios para el tubo de penetrar cada 150 mm hasta una profundidad de 450 mm. La suma del nmero de golpes necesarios para la segunda y tercera 6 pulgadas de penetracin se denomina la "resistencia a la penetracin estndar" o la "N-valor". En los casos en 50 golpes son insuficientes para avanzar a travs de un intervalo de 150 mm se registra la penetracin despus de 50 golpes. El nmero de golpes proporciona una indicacin de la densidad de la tierra, y se utiliza en muchas frmulas empricas de ingeniera geotcnica.

PropsitoEl propsito principal de la prueba es para proporcionar una indicacin de la densidad relativa de depsitos granulares, tales como arenas y gravas de la que es prcticamente imposible obtener muestras inalteradas. El gran mrito de la prueba, y la razn principal de su uso generalizado es que es simple y barato. Los parmetros de resistencia del suelo que puedan deducirse son aproximados, pero pueden dar una gua til para las condiciones del terreno en el que puede que no sea posible obtener muestras de perforacin de calidad adecuada como gravas, arenas, limos, arcilla que contiene arena o grava y la roca dbil. En condiciones en que la calidad de la muestra no perturbada es sospechoso, por ejemplo, muy limosa o arcillas muy arenosas, o arcillas duras, a menudo es ventajoso para alternar la toma de muestras con ensayos de penetracin estndar para comprobar la fuerza. Si se encuentran las muestras que le molesten inaceptablemente, puede ser necesario el uso de un mtodo diferente para la medicin de la fuerza como la prueba de la placa. Cuando la prueba se lleva a cabo en suelos granulares debajo del nivel del agua subterrnea, el suelo puede llegar a ser aflojado. La utilidad de los resultados del SPT depende del tipo de suelo, con arenas de grano fino que da los resultados ms tiles, con gruesas arenas y arenas limosas dando resultados bastante tiles, y las arcillas y suelos pedregosos dando resultados que pueden ser muy poco representativo de la verdadera tierra condiciones. Los suelos en zonas ridas, como el oeste de Estados Unidos, pueden presentar la cementacin natural. Esta condicin a menudo aumentar el valor de penetracin estndar.La correlacin con las propiedades mecnicas del suelo: A pesar de sus muchos defectos, es una prctica habitual para correlacionar los resultados del SPT con las propiedades del suelo relevantes para el diseo de ingeniera geotcnica. La razn es que los resultados del SPT son a menudo los nicos resultados de las pruebas disponibles, por lo tanto, el uso de correlaciones directas se ha convertido en una prctica comn en muchos pases.

e) Mtodo de penetracin cnicaEl Ensayo de penetracin cnica (CPT - Cone Penetration Test) consiste en introducir en el suelo una pieza de forma cnica vinculada a una clula de carga que mide en forma continua la resistencia del suelo a la penetracin de la puntera cnica. Tambin mide en forma simultnea la resistencia a la friccin lateral (fs) que ofrece el suelo al paso de una pieza cilndrica ubicada inmediatamente arriba de la punta cnica. En la siguiente figura aparecen algunos tipos de conos que se han usado.Dependiendo del procedimiento de hincar se dividen en:A) DinmicosB) Estticos

Fig. PENETRACION CONICOS

A) En mtodo dinmico se basa en la variacin observada de la resistencia de la penetracin cuando cambia las caractersticas del suelo.En el caso de que se trabaje sin ademe, se conecta el penetrometro a las varillas e perforacin y se introduce en el terreno contando los golpes por cada 30 cm de penetracin (martinete de 63.5 Kg. y altura de cada de 76 cm) conforme se avanza en profundidad requerida.

De los datos de esta prueba se obtiene una grfica de nmeros de golpes contra la profundidad, pero desgraciadamente para este tipo de prueba no existen las correlaciones mencionadas en el caso de penetracin estndar ya que se ha observado que para arenas, la prueba dinmica, da un numero de golpes del orden del doble de la prueba de penetracin estndar y solo nos da una idea de las caractersticas mecnicas del suelo en cuanto a la resistencia de estratos blandos o duros, ya que tiene la desventaja de que se obtienen muestras.

La mxima eficiencia de este mtodo se logra donde la geologa del lugar se presenta errtica.

Este procedimiento adolece del efecto de no tomar en cuenta la friccin lateral desarrollada a lo largo de toda la barra de perforacin, por tal motivo se mejora usando ademe.

Las ventajas de la penetracin cnica sin ademe son:

1. La rapidez con que se efecta la perforacin y la obtencin de un registro continuo, siendo muy conveniente para tener idea de los problemas que puedan presentarse y programar sondeos definitivos.2. Es muy til cuando se trata de localizar la profundidad de los estratos resistentes.

B) Los mtodos estticos limitan a materiales suaves, como son las arcillas blandas y turbas, siendo iniciados y desarrollados en Suecia, Dinamarca y Holanda.

El cono Holands es el penetromero ms ampliamente usado para pruebas estticas. Consta de una punta cnica de 60 con un rea de 10 cm2 unida a una barra cilndrica de menor dimetro que el cono. Se hinca 50 cm en el terreno a una velocidad de 1 cm/seg. Con un gato hidrulico empleando un marco de carga que puede estar sujeto a al ademe. La presin ejercida se registra en un manmetro acoplado al gato, una vez hincada la punta 50 cm, se hinca el ademe esa longitud y se repite la operacin anterior.A veces se obtiene una grfica de presin aplicada contra profundidad lograda

Otras veces se grafica las presiones aplicadas contra la profundidad constante ya sea de 50 cm o cualquier otra.El penetrometro Dans consta de una punta delgada de forma piramidal truncada con una longitud de 20 cm; en este procedimiento se carga por incrementos hasta alcanzar un peso de 100 Kg. midiendo la penetracin que origina cada incremento de carga. Despus de cada prueba se debe limpiar el pozo hasta la profundidad avanzada, repitindose la operacin.A veces se han usado penetrometro cnicos en arenas, ayudados por la presin de agua, cuya funcin es suspender las arenas sobre el nivel de la penetracin para evitar el efecto de la sobrecarga, que de otra manera. Dificultara la penetracin del cono.Entre los inconvenientes de la prueba uno es que no se obtienen muestras, otro es que no existen correlaciones de resistencia con valores obtenidos con otros mtodos ms confiables.En general se puede decir que estas pruebas son tiles en zonas cuya estratigrafa sea ya ampliamente conocido y se desee obtener informacin en un ligar determinado. Adems nos sirve principalmente para determinar la profundidad a la que deben hincharse los pilotes, pilas y estribos del puente.

f) Perforaciones en boleos y gravasCon frecuencia es necesario atravesar las perforaciones estratos de boleos y gravas que presentan grandes dificultades y desgaste a las herramientas antes descritas. En estos casos se hace uso de herramientas ms pesadas del tipo de barretones taladros de acero duro que dejan caer sobre el estrato manejados por medio de cables.Otro mtodo de penetracin utilizado es el de percusin, con aire comprimido por medio de martillos perforadores, los cuales logran romper los boleos o rocas a base de hacer caer desde cierta alta, con repeticin constante el peso de los elementos de ataque (la velocidad de golpeo es muy elevada y el peso es pequeo).La forma de los trpanos usados en esta prueba tiene gran importancia, as como fuerza, estos deben de cambiarse con frecuencia para conseguir un buen rendimiento.Este es uno de los mtodos donde se requiere un gran conocimiento del perforista, para la seleccin de las herramientas de ataque, dependiendo sta del tipo de roca o dureza de la misma.El objetivo de este mtodo es observa la trabazn, angulosidad, tamao de las partculas o determinar los espesores de dichos estratos y como auxiliares de otro mtodos.

METODOS DE SONDEO DEFINITIVOEl paso ms importante en la investigacin detallada es la obtencin de muestras con la mnima alteracin posible. Es imposible obtener muestras completamente inalteradas, pues la remocin de una porcin de suelo produce cambios en los esfuerzos del mismo que alteran la estructura en cierto grado. Las mejores muestras inalteradas son aquellas en que la humedad y la composicin no sufren cambios; la relacin de vacos y la de estructura sufren el menor cambio posible.

a) Pozos a cielo abierto con muestreo inalteradoLa toma directa de un trozo de suelo excavado a mano cuidadosamente, es la mejor muestra inalterada que se puede obtener por sobre los dems mtodos. El procedimiento es el siguiente: Se excava un pozo en el lugar hasta la profundidad a la que se quiere tomar la muestra, se quita con cuidado el suelo alrededor de ella de manera que sta se proyecte sobre el lado o donde de la excavacin como un pequeo tacn. Si la muestra es fuerte y rgida se puede separar de su base cortndola con una paleta plana; un mtodo muy bueno es colocar la muestra en una caja de madera resistente con fondo y tapa removibles, dejando espacio libre de 2 cm. alrededor de la misma, para rellenarlo posteriormente con la parafina fundida; la muestra y la caja se sacan de la excavacin y se vierte parafina en ambos extremos de la muestra, colocndose posteriormente el fondo y la tapa, para ser llevada cuidadosamente al laboratorio donde se le harn las pruebas correspondientes.

c) Mtodos rotatorios para rocaCuando el sondeo alcanza una capa de roca ms o menos dura o cuando en el curso de la perforacin las herramientas usadas por otros mtodos tropiezan con un bloque grande, no es posible lograr penetracin o esta es mnima a un nmero mayor de 50 golpes, a de recurrirse a un procedimiento diferente para la obtencin de muestras empleando mquinas perforadoras de rotacin, con brocas de diamantes o del tipo caliz.En las brocas con diamante en el extremo de la tubera de perforacin va colocado un muestreador especial, llamado de CORAZN, en cuyo extremo inferior de acopla una broca de acero duro con incrustaciones de diamante industrial que facilitan la perforacin ( figura a).

Fig a. Muestrador para broca de diamante.En la de tipo caliz los muestreadores son de acero duro y la penetracin se facilita por medio de municiones de acero que se colocan en la tubera hueca y actan como abrasivos (figura b).

Fig b. Muestreador tipo calizLa colocacin de los diamantes en las brocas depende del tipo de roca a atacar. En rocas duras es recomendable usar brocas con diamantes tanto en la corona como en el interior para agrandar la perforacin y permitir el paso del muestreador con facilidad; en rocas medianamente duras resulta suficiente emplear brocas con inserciones de carburo de tungsteno en la corona. En rocas suaves del tipo de lutitas, pizarras, etc. Se usa broca de acero duro con dientes de sierra.Procedimiento.Una vez determinado el sitio en el cual se va a realizar el sondeo, se instala el equipo ( maquina, tripie , bomba de agua, etc.) , (fig c).

Fig c. Mquina perforadora.Dndose principio en el hinchado de un tramo de tubera de ademe, dejando siempre unos 30cm fuera del material con el objeto de acoplarle un T , prosiguiendo con la perforacin, si la roca no est cerca de la superficie , se instalar el trpano en la tubera y a la vez se har circular agua y por percusin se alcanzar la profundidad a la que se encuentre la roca ; una vez que se ha llegado a est, se cambia el trpano y se colocar en primer lugar el barril, despus la rima y por ltimo la broca.

Fig. Algunos tipos de brocas.

LA EXTRACCIN DE LA MUESTRA SE HACE POR ALGUNO DE LOS DOS SIGUIENTES MTODOS:1) Se cierra la circulacin del agua y los fragmentos que se atoran rompen el extremo interior del corazn.2) En algunas rocas se incrementa rpidamente la velocidad de rotacin y esto es suficiente para que se rompa en su base la muestra, sin parar la circulacin del agua.No obstante que este mtodo es definitivo, muchas veces al encontrar roca se suspende el sondeo sin saberse el verdadero espesor de la misma, que puede ser mnimo o bien se puede tratar de un boleo, de una lente delgada de aparente roca y no nos sirva para apoyar la estructura. Por lo general, en todo tipo de roca se debe de profundizar el sondeo 4m mnimo dentro de la misma.