Fundaciones Silvio Rojas CapI_ 01-17

Universidad de Los AndesFacultad de IngenieraDepartamento de Vas

Investigacin del subsuelo - Tipos de FundaciTipos de Fundacin y n y

Elementos de la FundaciElementos de la Fundacinn

Prof. Silvio Rojas

Enero, 2007


Fundaciones

.::.:: Capitulo ICapitulo IInvestigaciInvestigacin del Subsuelo n del Subsuelo Tipos de FundaciTipos de Fundacin y Elementos de la Fundacin y Elementos de la Fundacinn

I.I.Fases para Proyectos Fases para Proyectos IngenierilesIngenieriles..Tabla N 1.- Objetivos de los estudios geolgicos geotcnicos en funcin de las fases del proyecto.

Control de la respuesta terreno estructura.Auscultacin

Explotacin

Control geotcnico e instrumentacin.Verificacin y adaptacin del proyecto.

Construccin

Caracterizacin geotcnica detalladaParmetros geotcnicas para el diseo de estructuras, excavaciones, cimentaciones, etc.

Proyecto

Seleccin de emplazamientos y trazadosClasificacin geotcnica de materialesSoluciones geotcnicas aproximadas

Anteproyecto

Viabilidad geolgicaIdentificacin de riesgos geolgicosCondiciones geolgico geotcnicas generales

Estudios previos y de viabilidad

Objetivo GeolObjetivo Geolgico gico GeotGeotcnicos cnicos Fases del ProyectoFases del Proyecto

Enero, 2007


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Tabla N2.- Desarrollo de las investigaciones in situ

Reconocimiento de suelos y rocas.Fallas y estructuras.Datos hidrogeolgicos, drenajeGeomorfologa, estabilidad de laderas, subsidencias, hundimientos inundaciones, etc.Problemas geoambientalesAccesos y situacin de investigacin in situ.

Visita y reconocimiento previo de campo(s.r gelogo, geotcnico, hidrulico, vas, gegrafo)

Fotografas areas y teledeteccin.GeomorfologaLitologas y estructurasRiesgos geolgicosCartografa geolgicas de sntesis.

Foto-interpretacin(s.r Puede ser hecho por un gelogo)

Topografa y RelieveHidrologa e hidrogeologaMapas geolgicos regionalesHistoria geolgicaSismicidad y otros riesgos geolgicos

Revisin de Informacin(s.r intervienen diferentes disciplinas)

Estudios previos y de viabilidad

Trabajos de Investigacin geolgicas geotcnicas

Actividades Caractersticas

Fases del Proyecto


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Actividades Caractersticas

Fases del Proyecto

Mapas geolgicos geotcnicos de detalle.Sectorizacin y propiedades geomecnicas.

Cartografa geotcnicade detalle (esc 1:500 1:2000)

Sondeos y calicatas Prospeccin y geofsicaEnsayos in situ y ensayos de laboratorio

Investigaciones geotcnicas de detalle2

Sondeos y calicatas Prospeccin y geofsicaEnsayos in situ y ensayos de laboratorio

Investigaciones geotcnicas bsicas1

Proyecto(s.r Propuestas definitivas de diseo)

Identificacin de zonas inundables karsticasde encharcamiento, de escorrentas, etc. Regionales y locales.

Datos hidrolgicos hidrogeolgicos

Litoestatigrafia y estructura.Geomorfologa e hidrogeologaClasificacin y propiedades de los materiales

Cartografa geolgica geotcnica (esc1:5000- 1:10000)

Anteproyecto(s.r permite definir los emplazamientos, trazados y soluciones aproximadas)

1.- Investigaciones bsicas: se refieren a sondeos espaciados y ensayos de identificacin, principalmente2.- Investigaciones detalladas: se refieren a sondeos en cada estructura y en toda la zona del proyecto ensayos in situ y ensayos de laboratorio completos


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Actividades CaractersticasFases del Proyecto

Seguimiento obra-terrenoAuscultacinExplotacin

Instalacin y lectura instrumental.(s.r inclinmetros, extensmetros, piezmetros )Ensayo in situ (s.r densidad de campo, CBR, resistencia roca, etc. )Control de calidad (s.r granulometra, concreto)

Instrumentacin

Planos geotcnicos de la obra Estabilidad de excavaciones y tneles.Control de parmetros geotcnicos.Cimentacin de estructuras.

Seguimiento geotcnico(s.r inspeccin)

Construccin


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Tabla N 3.- Influencia del medio geologico y del relieve en la planificacin de las investigaciones in situ.

Mayor dificultad en la extrapolacin geolgicaDifcil delimitacin geomtrica de los cuerpos intrusivosBuena utilidad de la geofsica

Gran variacin tanto litolgicacomo geomtrica de los cuerpos intrusivos

Rocas gneas intrusitas

Necesidad de mayor nmero de sondeosDifcil interpretacin de las tcnicas geofsicas

Estructuras estratiformes Gran heterogeneidad y anisotropa litolgica

Rocas gneas extrusivas

Mayor fiabilidad en la explotacin e interpretacin geolgica.Menor numero relativo de prospeccionesMayor utilidad de los sondeos.

Formaciones relativamente uniformes en reas extensasEstructuras bien definidas y estratificadasLas rocas de origen marino son mas uniformes y continuas que la de origen continental

Rocas sedimentarias y metamrficas de origen sedimentario

Influencia en las investigaciones in situ

Caractersticas Predominantes

Factores Geolgicos y Geomorfolgicos


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Influencia en las investigaciones in situ

Caractersticas Predominantes

Factores Geolgicos y Geomorfolgicos

Alto costo de sondeos.Limitaciones climticasGran utilidad de la geologa de superficieCondiciones adversas para investigaciones in situ.

Rocas durasAlto control litoestructural del relieve.Depsitos coluviales e inestabilidad de laderas

Relieve accidentado y escarpado

Alto costo de los sondeosImportancia de los accesos en la planificacin.

Control litolgico-estructural del relieve Rocas, suelos, depsitos coluviales y aluviales

Relieve moderado a alto

Bajo costo relativo de los sondeosBuena utilidad geofsica

Predominio de medios aluviales, suelos, rocas blandas. Mal drenaje

Relieve bajo

Gran utilidad de los mtodos de geologa estructural cartografa geolgicaNecesidad de sondeos y geofsica

Gran continuidadMateriales blandos de rellenoAnisotropas a cada lado de la estructura

Estructuras tectnica(s.r discontinuidades: diaclasas, foliacin, estratificacin, fallas, pliegues, etc.)


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Tabla N4.- ndices de costos Beneficios en fases de investigacin para un proyecto

1.0Alto AltoInvestigaciones in situ (proyecto)

1.4 a 0.4Alto a bajoMedio a

alto

Investigaciones in situ preliminares (anteproyecto)

2.3 a 0.6Alto a bajoBajo a medio

Ensayos de laboratorio

2.7 a 1.6Bajo a medio

Bajo a medio

Reconocimiento de Campo

2.7Muy Alto BajoRevisin de Informacin

Beneficio/CostoBeneficioCosto Actividad


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Tabla N5.- Informacin a consultar durante la fase de estudios.-

Ministerio de Fomento.Ministerio de MedioambienteConfederaciones Hidrogrficas.IGME CEDESUniversidades y Centros de Investigacin.

Publicaciones geotcnicas.Informes geotcnicos.Mapas geotcnicos.

Problemas Geotcnicos

Instituto Geolgico Minero de Espaa (IGME)Universidades y Centros de Investigacin.Comunidades Autnomas.

Mapas geolgicos.Informes u memorias geolgicas.Fotografas areasMapas edafolgicos.

Geologa

INGSGEIRYDAComunidades AutnomasAyuntamientos

Fotografas areasImgenes de satlite.

Fotointerpretacin y teledeteccin.

Instituto Geogrfico Nacional (IGN)Servicio Geogrfico del Ejrcito (SGE)Comunidades Autnomas.

Mapas Topogrficos.Fotografas areas.Topografa

Fuentes de Informacin es Espaa.DocumentacinMateria


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IGME.D. Gral de Minas; Jefaturas de Minas.Comunidades Autnomas.

Mapa de rocas industriales.Registro de minas y canteras.Mapas de investigacin.

Minera y Canteras

INGDatos de terremotos y normas sismorresistentes.Datos Ssmicos

Instituto Nacional de Meteorologa.Registros pluviomtricos y de temperaturas.Datos Metereolgicos

IGME.Ministerio de MedioambienteConfederaciones Hidrogrficas.Comunidades Autnomas.Universidades y Centros de Investigacin.

Mapas hidrogeolgicos.Mapas topogrficos.Fotografas areasDatos de pozos y sondeos.Informes hidrogeolgicos.Mapas de riesgo de inundaciones

Hidrogeologa e Hidrologa.


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Comunidades Autnomas.Ayuntamientos.Jefatura de minas.

Mapas Topogrficos. Fotografas areas.Catastro Minero

Construcciones y servicios existentes.

Ministerio de Medioambiente.Comunidades Autnomas.IGME

Registros mineros.Mapas medioambientales.Estudios previos medioambientales.

Datos medioambientales y de recursos naturales.

Ayuntamientos.Comunidades Autnomas.Ministerio de Agricultura.

Planes de ordenacin y usos del suelo.Fotografas areasMapas Topogrficos.

Usos del Suelo.


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PERFORACIPERFORACINN

II.II.-- AVANCE EN AVANCE EN UNAUNA PERFORACIPERFORACINNTabla N6.-Descripcin de los mtodos de avance de una perforacin.

Longitud, funcin de la cantidad de barras y cotas de inters.Dimetros, ver tabla anexa. Se puede apli car en una extensa gama de profundida des y dimetros.

barreno= 20-60 cmLong-barreno= 1 m 1.60 mbarras: diferente al utilizado en perforacin porlavado.

Revestimiento:Por ejemplo,=3 barra=2 3/8sondeo= 3Long-barras= 3m

Manuales:=1a 4 cmL=1m o msMecanizadas:=10 a 60 cm=0.4 a 1.5m=2m

Dimetros y longitudes

Ver figuras: 12,13,1415,16,17,18,19,20

Ver figuras:10,11

Ver figuras:6,7,8,9

Ver figuras:1,2,3,4,5

Equipo

RotacinRoto-percusin

Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin


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Se logra al rotar las barras de perforacin, conectadas a las brocas que cortan, erosionan y muelen el material del fondo. La rotacin va acompaada de presin hidraulica o mecnica de las barras y brocas, contra el fondo.

El material de fondo es triturado por el barreno y se forma una especie de barro en el fondo.

Revestimiento, puede llegar a 5m. *Inyectar agua a presin*Izar, girar y dejar caer las barras.*agua+barras+trepano, aflojan el material.

Presin + rotacin

Mecanismo de avance




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El material convertido en pequeas partculas, se lava y se extrae por medio de agua inyecta da a presin a lo largo del interior de las barras y cavidades de la broca.Las partculas en suspensin suben a la superficie a travs del espacio existente entre la barra y las paredes de la perforacin.La extraccin del material tambin puede llevarse a cabo a travs de un tubo single, con un retenedor. Esto permite el muestreo continuo.

Cuando el tcnico considera que el barro en el fondo interfiere al barreno, se limpia la perforacin con una cuchara saca-lodos.

El agua de retorno trae en

suspensin los detritos.

Manuales: extraccin de la barrena.

Mecanizadas: Extraccin continua.

Extraccin del material




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Es necesaria para el enfriamiento de las brocas y retorno del material a la superficie.

No se requiere agua en la perforacin, solo una pequea cantidad para formar una especie de barro.

El nico momento donde no se inyecta agua es en el muestreo.

No requiere agua por encima del nivel fretico.

Agua en la perforacin

En materiales duros, puede mantenerse la estructura del material, en los cilindros cortados. Materiales blandos puede que se pierdan algunas partculas por accin de las brocas.

Totalmente.Totalmente. Los detritos que trae la suspensin, no sirven para hacer una buena descripcin.

Totalmente.Vara su estructura y un poco el tamao de los fragmentos.

Alteracin del material.




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En suelos con alta compacidad, consistencia cementacin. En rocas o peones.

No avanza con facilidad, pero es til en suelos granularesGravosos, bolos y poco cementados.

En la mayora de los suelos, excepto en excepcionalMente duros o compactos.

Arcillas blandas, arenosas no

muy cementadas, en suelos poco cementados y que no requieran revestimiento

Avance con facilidad en materiales

Ver cuadro anterior.

No se corresponde con el material ya esttotalmente triturado.

No tiene la misma composicin, especialmente cuando existen finos. Trepano tambin tritura el material.

La misma del suelo de fon do, con cierta variacin del suelo del estrato de donde proviene

Composicin del material extrado.




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Se vuelve lento en depositos que contengan gravas de gran tamao, fragmentos de roca y cantos en matriz de mala cimentacin.( S.R Material que puede sufrir desplazamientos relativos por la accin de la broca).En algunos de estos casos problemticos, se recurre a

operaciones de cementado de la cavidad, para fijar elementos sueltos, y posterior reperforacin.

No aplicar en arenas

sueltas. Lento en arcillas y lutitas pegajosas.(trepano se pega al ese material y se dificulta su extraccin)

En suelosexcepcionalmente duros y compactos. En peones, bolos, gravasgruesas, tambinpresentandificultad. En estos casosel avance seramuy lento.

En suelosarenosos y limosos no cohesivos(derrumbamiento). En gravas, peones, arenas muycementadas(equiposmodernos yano tienen eseinconvenien te)

Dificultad para el avance en

materiales.




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Es necesario para la extraccin de las barras y el tubo toma muestras.

Necesario para aplicar impacto del barreno al suelo.

Necesario para hincar revestimiento y el hizado de las barras de lavado.

Manuales: es

necesario armarlo para la extraccin de las barrenas.

Trpode.

El espesor del estrato gravoso, de cantos, que se puede atravesar. (recuerde que es lento) puede aplicar le mtodo de rotacin.

Comnmente entre 20 y 25m, hasta 30.

Manuales de 5 a 8 m.

Mecanizadas 50m o ms.

Longitud mxima de avance.




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S.R. En suelos duros y roca, los primeros 3m, 0.6-1m (no es necesario). Suelos que pueden sufrir derrumbes, se debe colocar en toda la longitud de la perforacin.

En los materia les donde se aplica el mtodo, existe dificultad en la colocacin del revestimiento.

Se coloca por lo general los primeros 5 m.

En materiales sueltos, especialmente por debajo del N.F. Tambin en arcillas sensibles.

Revestimiento.

Difcil por la constante inyeccin de agua.

Dificultad por el agua que se agrega al fondo para formar una especie de lodo.

Se dificulta por la constan te inyeccin de agua. Se debe extraer el agua y esperar a que llene de acuerdo a la permeabilidad.

Fcilmente se ubica el N.F. en arcillas donde se hace difcil.(se perfora sin inyeccin de agua)

Ubicacin del nivel fretico.




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En arenas por debajo del N.F. no es posible efectuar perforaciones, pues el material no permanece adherido.

Revestimiento.




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Este sistema de perforacin permite definir con seguridad la profundidad del manto base de roca, as como su grado de meteorizacin. Costo de perforacin, aproximadamente 3 a 4 veces la perforacin por lavado.En este sistema.

Dificil para detectar estratos delgados.La perforacin se acostumbra a mantener practicamenteseca.

Estrato de arcilla entre estratos de arena, pueden no apreciarse en la suspensin.El material que regresa a superficie nos indica que tipo de suelo predomina.La accin del trepano o cin cel, pueden convertir G. gruesas en finas.

Sondas de gran tamao pueden extraer cantos, peones hasta un tamao menor que el paso del hlice. Hay que tener en cuenta de quprofundidad proceden esos detritos, la velocidad a la cual ascienden en sondeo.

Otros comentarios.




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2 32 3/82 15/163 9/163 NNX

1 5/82 3/81 29/322 5/162 15/162 7/8BBX

1 3/161 7/81 5/81 27/322 5/162 AAX

7/81 1 5/161 7/161 27/321 13/16EEX

Dimetro aproximado del testigo.

Dimetro aproximado del sondeo sin entubar

Varillaje ext.

Corona ext.

Anillo cortante del

Revestimiento

Revestimiento

ext.VarillajeRevestimiento

Porta testigos

Tabla N7.-Datos de dimetros de las barras de perforacin y brocas


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3 0.563 0.5 2 0.94 2 0.38 2 0.5

2 1/83NX

1 5/82 3/8BX

1 3/161 15/16AX

1 3/161 "EX

Dimetro Nucleo ( " )Dimetro Exterior ( " )Tamao

Tabla N8.-Dimetros de brocas.


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Fig.1 .- Barrenas para operacin manual. (a) Helicoidal. (b) porteadora

Fig.2 .- (a) Brocas de desmuestre. (b) Sonda de mano con broca y las distintas piezas de sondeo.


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Fig. 3.- Sonda de broca montada en camin.


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Fig. 4.- Perforacin y muestreo con barrena helicoidal


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Fig. 5.- (a) Barreno de trayectoria continua. (b) Barreno de trayectoriacorta.

Mquina hidrulica rotativa. Dimetro mximo 2.5 m y 77 m prof. mx.


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Fig. 6.- Esquema del equipo para perforacin por lavado. Disposicin para hincar el revestimiento.


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Fig. 7.- Esquema del equipo para perforacin por lavado. Disposicin para la remocin del suelo por lavado y barrenado.

Universidad de Los AndesFacultad de Ingeniera

La perforacin por lavado el material disgregado y sobrante es extrado a la superficie por medio de un fluido (aire o algn lquido) que impulsado por una bomba, circula en el interior del varillaje, para retornar al exterior


Fig. 8.- Sonda de inyeccin y trpanos tpicos.


Fig. 9.- Hincadura del revestimiento. (a) Disposicin del martillo de cada libre. (b Mordaza de la tubera

Fig. 10.- Esquema de equipo para perforacin por percusin.

Barrn:La longitud del barrn de perforacin vara normalmente entre 3 y 5 m y su peso entre 400 y 1000 kg.sirve de guaY peso

Trepano:disgregacin y trituracin de la roca.

100 y 500 kg para pozos pequeos y de mediano dimetro yde 500 a 1200 kg para pozos de

gran dimetro.

DESTRABADOR o tijerapermiten un juego longitudinal, de unos 20 30 cms, gracias al cual se puede golpear hacia arriba, mediante tirones del cable y resolver los pequeos atranques que haya podido tener el trpano,


Trepano estrella o cruciforme:Adecuado para perforar formaciones estratificadas con buzamiento, donde exista una tendencia a producirse desviaciones en las perforaciones.Trepano californiano:Presenta hombros escurridizos y biselados para evitar atranques en su movimiento hacia arriba.Trepano salomnico:Adecuado para formaciones blandas, con tendencia al desprendimiento, sobre todo si son plsticas, pues las caras del trepano alisan y compactan con su roce las paredes de la perforacin.


Fig. 11.- Barreno o trpano para elprocedimiento de perforacin con cable.

Dimetro trepano Dimetro entubado(mm) (mm)

580 590 500480 490 400380 390 300300 310 250250 260 200200 210 150


Fig. 12.- Esquema de un equipo para perforacin rotatoria.

Gato hidrulico que hace presin al varillaje, para que penetre la corona en el terreno.

Barra de perforacin

Broca que se cambia por el muestreadordurante las operaciones de muestreo

Barra de perforacin principal

Recipiente para recoger lodos

Recipiente para sedimentos

Barra de perforacin

Macdril

RevestimientoDeTuberaCoronas

4,1

4,5

9,0

11,8

16

30

39

4,1

4,5

9,0

11,8

38,1

48,4

60,3

76,2

102,0

154,0

203,0

38,1

48,4

60,3

76,2

46,0

57,2

73,0

88,9

129,0

187,0

239,0

46,0

57,2

73,0

88,9

EX

AX

BX

NX

4

6

8

EX

AX

BX

NX

21,4

30,1

42,0

54,7

76,2

68,3

100,8

151,6

27,0

36,5

47,6

63,5

37,7

48,0

60,0

75,5

99,2

98,4

139,6

196,9

48,0

60,0

75,7

96,0

EX

AX

BX

NX

HX

23/4" x37/8

4' x 51/2

6" x 73/4

Wireline

AQBQNQHQ

Sistema americano DiamondcoreDrilmanuf.Assoc. of USA

1,4

3,5

4,4

5,2

6,3

7,2

10,5

12,4

13,8

15,4

29

37

47

57

67

77

89

104

119

134

35

44

54

64

74

84

98

113

128

143

35

44

54

64

74

84

98

113

128

143

22

32

42

52

62

72

84

86

101

116

36

46

56

66

76

86

101

116

131

146

36

46

56

66

76

86

101

116

131

146

Sistema Mtrico de craelius

Peso(Kg/m.)

Dimetro interior (mm.)

Dimetro exterior (mm.)

Tamao (mm.)

DimetroTestigo (mm.)

Dimetro perforacin (mm.)

Tamao (mm.)

Sistema


Notas:

. Sondeos con prof. > 100 m (ejemplo estudio de tneles), debern realizarse por el sistema wire line, que condiciones especiales en cuanto al tipo y potencia de maquinaria, tipos de tuberas de revestimiento y de las herramientas de corte, especialmente en cuanto a los dimetros de perforacin.La principal de sus particularidades se basa en que en el tren de perforacin el varillaje es casi del mismo dimetro que el tubo portatestigo, y permite extraer el testigo por el interior del varillaje sin sacar la maniobra.


Fig. 13.- Sonda rotatoria de cuchara. La guiadera de la barra maestra no ha llegado todava al anillo de apoyo y de giro.


Fig. 14.- Extremo de la cuchara rotatoria. Vista parcial del anillo que sujeta la guiadera de la barra maestra.


Fig. 15.- Sonda rotatoria montada en remolque.

Motor de bombaMotor de gasolina

Cabrestante


Fig. 16.- Coronas de diamantes y ensanchador.

Nx:Dimetro ext = 2 15/16Dimetro sondeo = 3Dimetro de testigo = 2


La perforacin a rotacin se realiza mediante el giro de una herramienta de corte que es impulsada por un varillaje.

Esquemas de accesorios en un avance por rotacin en rocas: Tubo interno muestreador Longitud = 3m y dimetro de 2 Culatn, conectado al tubo muestreador. Longitud = 0.80 m. Sirve para sacar el tuboM muestreador de la perforacin. Pescante del culatn. Conectado a la guaya del cabrestante para sacar el tubo muestreador.


Fig. 17.- Tubo doble, tubo muestreador, accesorio para extraer tubo interno y broca enel extremo del tubo doble.


Fig. 18.- Detalles de conexin broca tubo doble; detalles del extremo del tubointerno donde encaja el Pescante para extraerlo.


Fig. 19.- Seccin de la mquina perforadora mostrando algunos detalles.


Fig. 20.- Vista de la tubera de perforacin dentro de la masa rocosa.


Control de la longitud de perforacin:

Las barras externas se les mide la longitud, las cuales por lo general son de 3m.

Por ejemplo, si dentro de la perforacin se han metido 10 barras de 3.05 m, ms el tubo doble de 4.10 m (el primero que est dentro de la perforacin), significa que la longitud total de la perforacin ser: L = 10x 3.05 m + 4.10 m.

Sin embargo la ltima barra, no penetra totalmente, debido a que parte de ella que da dentro del mandril. Es decir la mxima longitud que penetra la ltima barra es cuando el pto A a llegado al pto A; la distancia que existe del pto A al pto B, es lo que no penetra la barra, y esta altura tiene un valor de 1.40 m.

El pto B, es correspondiente a la superficie del terreno.

Fundaciones Silvio Rojas CapI_ 01-17

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