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• Steven Xavier Tomalá Suárez

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Perforaciones Exploratorias de Campo

Perforación con Barrena  Es el método mas simple para realizar sondeos de exploración.  Las Barrenas manuales no deben usarse en perforación de mas de 3 a 5m.  Perforaciones de suelos muy alteradas. Tipos de Barrenas Manuales Pala Posteadora

Barrena Helicoidal

Barrena Helicoidal de perforación Continua  Se utiliza la energía eléctrica y se suministra desde torres de perforación montadas en camiones o tractores.  Se efectúa barrenos de hasta 60 - 70m.  Existen secciones aproximadamente 1-2 m y son tubulares o macizas.  Barrena macizas: tienen diámetro exteriores de 66,68 mm, 82,55 mm, 101,6 mm y 114,3mm.  Barrena tubulares: tienen diámetros inferiores de 63,5 y diámetro exteriores de 158,75 mm.  El perforista puede detectar cambios en el tipo de suelo si nota variaciones en la velocidad y sonido del taladro.  Las barrenas tubulares no tienen que ser retiradas frecuentemente para efectuar muestreos u otras pruebas como la barrena maciza

Sistema de barrena tubular  Componente externo: Secciones huecas de la barrena, Tapa hueca de la barrena y tapa de hincado.  Componente interno: Ensamble de la guía, columna de la barrena central y adaptador de la barra a la tapa.  Se retiran el ensamble y barra central cuando se va a recolectar muestra de suelo a cierta profundidad. Por ende se inserta el muestreador de suelo a través del interior de la columna tubular.

Sondeo de Chiflon o Lavado  Se hinca un ademe de 2 a 3m de largo en el suelo.  Se retira el suelo dentro del ademe y se inyecta agua a través del vástago perforador y sale a muy alta velocidad por agujeros del trepano.  En la actualidad, el sondeo por lavado se usa raramente en EE.UU. Y otros países desarrollados.

Perforación rotatoria  Procedimiento en el cual trépanos rotatorios de perforación de alta velocidad unidos al extremo de las varillas de perforadoras cortan y muelen el suelo y profundizan el barreno.  Se usa en Arena, Arcilla y Roca.  La perforación rotatoria con aire se vuelve mas común ya que es una perforación ambiental.

Sondeo por Percusión  Método alternativo para excavar un barreno a través de roca y suelo duro.  Trepano pesado se sube y baja para cortar el suelo duro.  Partículas del suelo recortado son llevadas a la superficie por circulación de agua.  Puede requerir de un ademe.

Procedimientos para muestreo del Suelo

 Se puede tener dos tipos de muestras del suelo: Alterada e Inalterada.  Las muestras alteradas se usan para las siguientes pruebas de laboratorio: - Análisis Granulométrico - Determinación de los limites liquido y plástico - Peso especifico de los solidos del suelo - Determinación del contenido orgánico - Clasificación del suelo No debe usarse en las siguientes pruebas porque esto se debe hacer con muestras inalteradas: - Consolidación - Permeabilidad - Resistencia al corte

Muestreo con muestreador de media caña  Muestreo que se usa en el campo para obtener muestras de suelos que estarán alteradas pero son aun representativa.  El muestreador comúnmente llamado penetrometro estándar

 Se debe tener un barreno con una perforación predeterminada y luego se baja el penetrometro al barreno.  El penetrometro es hincado por un martinete en el suelo que tiene peso de 622,72 (N) y se tendrá una altura para cada caída de 0,762 (m).  Se debe registrar el numero de golpes requeridos para la penetración del penetrometro en tres intervalos de 152,4 (mm).  Para obtener el numero de penetración estándar se debe de sumar los dos últimos intervalos.

 La muestra del suelo recuperada del suelo se coloca en una botella de vidrio y se lleva al laboratorio.  Esta prueba de campo se conoce como: Prueba de Penetración Estándar (SPT).

 Grado de Alteración de una muestra de suelo se expresa como:

 Cuando el material encontrado es arena(particularmente arena fina debajo del nivel freático), la obtención de una muestra por medio del muestreador de media caña es difícil.  En este caso se debe colocar un dispositivo llamado trampa de muelles dentro del media caña

 Hay que señalar que varios factores afectan al numero de penetración estándar N a una profundidad con suelos similares.  Estos factores serian: - Eficiencia del martillo SPT - Diámetro de penetración - Método de muestreo - Factor de longitud de barra perforadora

Tipos de Martillos SPT  Los mas comunes son: - Martillo de Seguridad

- Martillo Donut

 Se dejan caer mediante una cuerda con dos vueltas alrededor de una polea.

 Las pruebas de penetración estándar proporcionan varias correlaciones útiles.

 Una de las correlaciones que se puede lograr, seria con respecto a la consistencia del suelo por medio del numero de golpes de penetración estándar.

 Correlaciones para la arcilla requieren pruebas para verificar que las relaciones son validas para el deposito de arcilla en consideración.

 Es importante señalar que cualquier correlación entre Cu y N60 es solo aproximada.

Suelos Granulares  El valor de N es afectado por la presión efectiva de sobrecarga.  Por esta razón el valor de N60 obtenido bajo diferentes presiones efectivas de sobrecarga debe cambiarse.  Es decir:

 Valores aproximados entre numero de penetración estándar y la compacidad relativa de la arena.

 Un extenso estudio por Marcunson y Bieganousky(1977) tuvo como resultado lo siguiente:

 La prueba de penetración estándar proporciona una buena evaluación de las propiedades del suelo.

 Principales fuentes de error en el SPT: - Limpieza inadecuada del barreno - Conteo descuidado del numero de golpes - golpeteo excéntrico del martillo - Sostenimiento inadecuado de la carga hidráulica

Cucharon Raspador  Cuando los depósitos suelen estar constituidos por arena mezclada con guijarros, debe usarse el cucharon raspador para obtener muestras representativas alteradas.  Tiene una punta de hincado y se une a una barra perforadora.

Tubos de pared delgada  Llamados también Tubos shelby, están hechos de acero y se usa para obtener suelos arcillosos inalterados.  Se pueden unir a barras perforadoras.  Las muestras obtenidas se usan en pruebas de consolidación o de corte.

Muestreador de Pistón  Son útiles bajo condiciones cuando las muestras inalteradas de suelo son muy blandas o mayores que 76,2 (mm) de diámetro que tiendan a salirse del muestreador.

 La presencia del pistón impide la distorsión de la muestra al no dejar que el suelo se aplaste rápidamente en el tubo muestreador. Por ende, las muestras obtenidas así quedan menos alteradas que las que se tiene con tubos Shelby.

Observación de los niveles del agua Freática

 La presencia de nivel freático cerca de una cimentación afecta la capacidad de carga y asentamientos.

 El nivel de agua cambia con respecto a las estaciones  Para proyectos se debe establecer los niveles máximos y mínimos de agua durante la vida útil del proyecto.

 En suelos con alta permeabilidad, el nivel del agua en un barreno se estabilizara aproximadamente 24 horas despues de la perforación.

 Para determinar la profundidad del nivel freático se determina haciendo descender en el barreno una cinta o cadena graduada.

 Estratos impermeabilizados, nivel del agua en un barreno puede no estabilizarse durante varias semanas.  Si se quiere niveles de agua precisos, se usa un piezómetro.  Este procedimiento permite la revisión periódica hasta que se estabiliza el nivel del agua

Prueba de corte con Veleta

 Se usa durante la operación de barrenado para determinar la resistencia cortante in situ no drenada(Cu) de suelos arcillosos, particularmente de arcillas blandas.  Se aplica un par de torsión en la parte superior de la varilla para hacer girar las aspas a una velocidad estándar de 0,1 /s.  Se mide el par de torsión máximo aplicado que causa la falla.

 Las pruebas de corte con veleta en campo son rapidas y económicas y se usan ampliamente en programas de exploración de suelos de campo.  Da buenos resultados en arcillas blandas y medio compactas y ofrece resultados excelentes para determinar las propiedades de arcillas sensibles.  Las causas de errores significativos son:

- mala calibración del par de torsión aplicado - Aspas dañadas - Velocidad de rotación de la veleta no se controla debidamente

 La resistencia cortante por veleta en campo también se correlaciona con la carga de preconsilidacion y la tasa de sobre consolidación de la arcilla.  Para estimar la presión de pre consolidación de un deposito natural de arcilla:

Prueba de penetración de Cono

 Método versátil de sondeo para determinar los materiales en un perfil de suelo y estimar sus propiedades ingenieriles.  Llamado también prueba de penetración estática que no necesita los barrenos para llevarlo a cabo.  Los penetrometros de cono actuales miden: - Resistencia de corte (qc)

- Resistencia por fricción (fc)

Tipos de penetrometos para medir fc y qc  Penetrometro mecánico de cono de fricción

 Penetrometro eléctrico de cono de fricción

Prueba del presiometro (PMT)

 Se realiza in situ con un barreno.

 Sirve para medir la resistencia y deformabilidad de un suelo.  Dimensiones para los diámetros del muestreador y del barreno recomendadas por la ASTM:

 Los resultados de la prueba se expresan en una forma grafica de presión versus volumen.

Prueba del Dilatómetro

 El uso de la prueba con el dilatómetro de placa plana es relativamente reciente.  Se inserta en el terreno usando un aparejo de la prueba de penetración de cono.  Se debe tomar dos lecturas de presión, que son:

- La presión A para ¨Levantar¨ la membrana - La presión B a la que la membrana se expande 1,1 (mm) hacia el suelo que la rodea.

 Las lecturas A y B se corrigen:

 La prueba se conduce normalmente separadas entre si 200 a 300 (mm).

a

profundidades

 El resultado de una prueba dada se usa para determinar tres parámetros: