Exploracion y Muestreo by Luz marina torrado

Ing. MSc. Luz Marina Torrado Gmez.

H.2.1.1.1 Investigacin del Subsuelo Comprende el estudio y el conocimiento del origen geolgico, la exploracin del subsuelo (apiques,

trincheras, perforacin y sondeo y otros) y los ensayos y pruebas de

campo y laboratorio necesarios para identificar y clasificar los diferentes

suelos y rocas y cuantificar las caractersticas fsico-mecnicas e

hidrulicas del subsuelo


OBJETIVOS DE LA EXPLORACIN

El sondeo es la tcnica utilizada para la observacin de forma directa o la determinacin indirecta, de la naturaleza, propiedades y caractersticas del subsuelo en profundidad.

Identificar y caracterizar las formaciones.

Localizar niveles de aguas subterrneas.


TIPOS DE SONDEOS (Mtodos)

EXPLORACIN Y MUESTREO (de carcter Preliminar)

Pozos a cielo abierto con muestreo alterado o inalterado.

Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o

mtodos similares.

Mtodos de lavado. Mtodos de penetracin estndar.

Mtodos de penetracin cnica.

MUESTREO FINAL Y PRUEBAS DE CAMPO (definitivo)

Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado

.

Mtodos con tubos de pared delgada.

Mtodos rotatorios para roca.

GEOFSICOS Ssmico.

De resistencia elctrica.

Magntico y gravimtrico.


. 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.

Desventajas:

No puede llevarse a grandes profundidades (Agua y Tipos de suelos).

La excavacin se encarece (apuntalamientos, andamios, etc.)

EXPLORACIN Y MUESTREO (de carcter Preliminar)

. 1. POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO ALTERADO O

INALTERADO.


Debe cuidarse especialmente los criterios para distinguir la

naturaleza del suelo "in situ" y la misma, modificada por la

excavacin realizada.

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.


POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO ALTERADO O

INALTERADO.


2. PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS

HELICOIDALES O MTODOS SIMILARES.

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. El

paso de la hlice que debe ser muy cerrado para suelos

arenosos y mucho ms abierto para el muestreo en suelos

plsticos.

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 que las obtenidas

con barrenos helicoidales y posteadoras.


PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS

HELICOIDALES O MTODOS SIMILARES.

MUESTRA OBTENIDA Alterada. UTILIZACIN DE LAS MUESTRAS Clasificacin. DESVENTAJA En ocasiones se pierde la frontera de la secuencia estratigrfica.

Posteadora

Barrenos


3. MTODOS DE LAVADO.

Este mtodo constituye un procedimiento econmico y rpido para conocer aproximadamente la estratigrafa del

subsuelo.

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.


MTODOS DE LAVADO.

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.


MTODOS DE LAVADO.

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.


4. MTODOS DE PENETRACION ESTNDAR. (SPT)

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.

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.


MTODOS DE PENETRACION ESTNDAR. (SPT)

El equipo consta de un muestreador especial de dimensiones

establecidas. 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.



Peso del martillo: 140 libras Altura de cada: 76 centmetros Penetracin: 3 intervalos de 15 centmetros cada uno (6) N de diseo: Sumatoria de los golpes de los ltimos 30 cm (12) Dimetro ext. del tubo: 50.8 mm Dimetro interior del muestreador en la punta: 34.93 mm Longitud del tubo: 75 centmetros Sistema de hincado: Malacate y polea Rechazo: Ms de 50 golpes para 15 centmetros (6)



Nmero de penetracin estndar

N Densidad relativa

% Estado del suelo

0 a 3 0 a 15 Muy Suelto

3 a 8 15 a 35 Suelto

8 a 25 35 a 65 Medio

25 a 42 65 a 85 Denso

42 a 58 85 a 100 Muy denso

Para suelos granulares

(Ref.: Jamiel Kowski y otros, New correlations of penetration tests for design practice Penetration testing, 1988 ISOPT-1, Balkema, 1988).

Nmero de penetracin estndar

N Consistencia

Resistencia a compresin

KPa

0 a 2 Muy blanda 0 a 25

2 a 5 Blanda 25 a 50

5 a 10 Medio firme 50 a 100

10 a 20 Firme 100 a 200

20 a 30 Muy firme 200 a 400

> 30 Dura > 400

Para suelos arcillosos

(Ref.: Braja Das. Principios de ingeniera de cimentaciones, Thomson Editores, Mxico, 1999).


5. MTODOS DE PENETRACION CNICA

Estos mtodos consisten en hacer penetrar una punta cnica

en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece.

Dependiendo 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.


MTODOS DE PENETRACION CONICA

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.


MTODOS DE PENETRACION CONICA

Tipo Dans Tipo Holands

Tipo para ensayo dinmico

Tipo de inyeccin


1.POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO INALTERADO.

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.

MUESTREO FINAL Y PRUEBAS DE CAMPO (definitivo)


2 . 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 el suelo de un lugar con

alguna herramienta que inevitablemente alterar las

condiciones de esfuerzo de su vecindad; adems, 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

tena "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.


MUESTREO CON TUBOS DE PARED DELGADA.

Segn M.J.Hovorslev (inventor ) si se desea un grado de

alteracin mnimo de la muestra, el hincado debe

ejecutarse a presin continuada (sin golpes), con

velocidad constante y para un tubo de cierto dimetro, el

grado de alteracin depende de la RELACIN ENTRE

AREAS (No debe ser mayor de 10%).


MUESTREO CON TUBOS DE PARED DELGADA.

a) Tipo Shelby b) De pistn c) Dispositivo de hincado por presin de un diferencial


3. MTODOS ROTATORIOS PARA ROCA.

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.

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.


MTODOS ROTATORIOS PARA ROCA.

En roca muy fracturada puede existir el peligro que las

municiones se pierdan.

El xito de una maniobra de perforacin rotatoria depende

fundamentalmente de esos tres factores:

Velocidad de rotacin. Presin de agua Presin sobre la broca


MTODOS ROTATORIOS PARA ROCA.

a) Mquina perforadora b) Muestreador para broca de diamante c) Muestreador tipo cliz d) Algunos tipos de brocas


BROCAS PARA MTODOS ROTATORIOS

Broca de puntas de Diamante


BROCAS PARA MTODOS ROTATORIOS

Broca de Tungsteno Broca Mano de ngel


MTODOS GEOFSICOS.

Los mtodos son rpidos y expeditos y permiten tratar

grandes reas, pero nunca proporcionan suficiente

informacin para fundar criterios definitivos de proyecto, en

lo que a la Mecnica de Suelos se refiere.

En el caso de estudios para fines de cimentacin no se puede

considerar que los mtodos geofsicos sean adecuados, pues

no rinden una informacin de detalle comparable con la que

puede adquirirse de un buen programa de exploracin

convencional.


MTODOS GEOFSICOS.

Los mtodos son rpidos y expeditos y permiten tratar

grandes reas, pero nunca proporcionan suficiente

informacin para fundar criterios definitivos de proyecto, en

lo que a la Mecnica de Suelos se refiere.

En el caso de estudios para fines de cimentacin no se

puede considerar que los mtodos geofsicos sean

adecuados, pues no rinden una informacin de detalle

comparable con la que puede adquirirse de un buen

programa de exploracin convencional.


1. SISMICA.

Este procedimiento se funda en la diferente velocidad de

propagacin de las ondas vibratorias de tipo ssmico a travs

de diferentes medios materiales.

Las mediciones realizadas sobre diversos medios permiten

establecer que esa velocidad de propagacin vara entre 150 y

2.500 m/seg en suelos, correspondiendo los valores mayores a

mantos de grava muy compactos y las menores a arenas

sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores

para las arcillas duras y menores para las suaves. En roca

sana los valores fluctan entre 2.000 y 8.000 m/seg.

Por la zona a explorar se sitan registradores de ondas

(gefonos), separados entre s. La funcin de los gefonos es

captar la vibracin, que se transmite amplificada a un

oscilgrafo central que marca varias lneas, una para cada

gefono.


SISMICA.

El espesor del estrato homogneo se calcula utilizando la

siguiente ecuacin:


SISMICA.

DOWN HOLE

CROSS HOLE


SISMICA.


2. DE RESISTENCIA ELCTRICA.

Este mtodo se basa en el hecho de que los suelos,

dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menor

resistividad elctrica cuando una corriente es inducida a

travs.

Su principal aplicacin est en el campo de la minera, pero en

mecnica de suelos se ha aplicado para determinar la presencia

de estratos de roca en el subsuelo.

La resistividad elctrica de una zona de suelo puede medirse

colocando cuatro electrodos igualmente espaciados en la

superficie y alineados; los dos exteriores, conectados en serie a

una batera son los electrodos de corriente (medida por un

miliampermetro), en tanto que los interiores se denominan de

potencial de la corriente circulante.


DE RESISTENCIA ELCTRICA.

El mtodo sirve para:

Medir las resistividades a diferentes profundidades, en un mismo lugar: se logra aumentando la distancia entre

electrodos, con lo que se logra que la corriente penetre a mayor

profundidad.

Medir la resistividad a una profundidad, a lo largo de un perfil: se logra conservando la distancia constante y desplazando

todo el equipo sobre la lnea a explorar.

Las mayores resistividades corresponden a rocas duras,

siguiendo rocas suaves, gravas compactas, etc., y teniendo los

menos valores los suelos suaves saturados.



Se mide la resistividad mediante la utilizacin de la siguiente

formula:



Electrodos de corriente

Diferencia de potencial de corriente


MAGNTICO Y GRAVIMTRICO.

El trabajo de campo correspondiente a estos mtodos de

exploracin es similar, distinguindose en el aparato usado.

En el mtodo magntico se usa un magnetmetro, que mide la

componente vertical del campo magntico terrestre en la zona

considerada, en varas estaciones prximas entre s. En los

mtodos gravimtricos se mide la aceleracin del campo

gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Valores de

dicha aceleracin ligeramente ms altos que el normal de la zona

indicarn la presencia de masas duras de rocas; lo contrario ser

ndice de la presencia de masas ligeras o cavernas.

En general estos mtodos casi no han sido usados con fines

ingenieriles, dentro del campo de la Mecnica de suelos, debido a

lo errtico de su informacin y a la difcil interpretacin de sus

resultados.


Algunos de los requerimientos del NSR 10 afectan la forma como se debe manejar la GEOTECNIA

en los proyectos factuales y futuros de construccin en Bucaramanga.

IMPLICACIONES DEL CAPTULO H DEL NSR 10 SOBRE LA CONSTRUCCIN EN

BUCARAMANGA.


MAGNITUD DE LA EXPLORACIN GEOTCNICA

Con el NSR 10 se obliga a realizar una mayor cantidad de sondeos y a mayor profundidad de lo que se realizaba con la NSR 98


ANTES DE REALIZAR EL ESTUDIO DE SUELOS SE REQUIERE CONOCER EL PROYECTO ARQUITECTNICO


SE REQUIERE CONOCER LA EVALUACIN DE LAS CARGAS DE TODOS Y CADA UNO DE LOS ELEMENTOS DE CIMENTACIN

Antes de realizar el estudio se requiere que el ingeniero estructural haya calculado las cargas reales incluyendo sismo para poder determinar el numero y profundidad de los sondeos.


IMPORTANTSIMO PARA TENER EN CUENTA PARA UN ESTUDIO GEOTCNICO


Un edificio de 5 pisos con un stano

Profundidad de stano: 3 metros

Categora: media

Numero mnimo de sondeos : 4

Profundidad mnima: 15 metros + 3 = 18 metros

La mitad debe alcanzar esta profundidad

PLANTEAMIENTO : 2 a 18 metros y 2 a 11 metros

EJEMPLO


DEFINICIN DE UNIDADES DE CONSTRUCCIN


DEFINICIN DE UNIDADES DE CONSTRUCCIN

Conjunto residencial conformado por Viviendas de dos pisos


Otro criterio para interpretar:

APLICABLE a materiales A, B, o C


TAREA

LEER EL CAPTULO H DE LA NSR-10

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