Lineamientos Establecimiento Direccion Ingenieria Geotecnica
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Lineamientos y criterios técnicos‐ científicos para el Establecimiento de una Dirección de Ingeniería Geotécnica dentro de la Dirección General de TUPAK OBANDO R. Ingeniero Geologo. Master y Doctorado dentro del Programa de Doctorado y Maestría en Geología y Gestión Ambiental de los Recursos Mineros por la UNÍA (Huelva, España) 2009
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Lineamientos y criterios técnicos‐científicos para el Establecimiento de una Dirección de Ingeniería Geotécnica dentro de la Dirección General de
TUPAK OBANDO R. Ingeniero Geologo. Master y Doctorado dentro del Programa de Doctorado y Maestría en Geología y Gestión Ambiental de los Recursos Mineros por la UNÍA (Huelva, España) 2009
CONTENIDO I.‐ INTRODUCCIÓN 1.1.Introducción 1.2.Antecedentes 1.3.Objetivos propuestos II.‐ PROPUESTA DE ORGANIGRAMA FUNCIONAL III.‐ DEFINICIÓN Y MISIÓN DE LA DIRECCIÓN DE INGENERÍA GEOTÉCNICA IV.‐ SERVICIOS PRESTADOS POR SUS UNIDADES TÉCNICAS 4.1.- Ingeniería de Suelos y Materiales
4.2.- Tecnología Ambiental
4.3.- Laboratorio de geotecnia
V.‐ INSTRUMENTACIÓN E INVERSIONES
5.1.‐ Ensayos de laboratorios 5.1.1.‐ Ensayo uniaxial o de compresión simple
a) Máquina para ensayo uniaxial b) Maquina de compresión Servo-Controlada c) Resistencia a la compresión triaxial d) Ensayo de carga puntal
5.1.2.- Análisis de Corte directo en rocas 5.1.3.- Análisis de Casagrande 5.1.4.- Análisis de consolidación de arcillas 5.1.5.- Análisis hidrométrico 5.1.6.- Análisis Granulométricos
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5.1.2.‐ Ensayos in situ: Sondeos geotécnicos a) Sondeos a rotación b) Sondeos con barrena helicoidal c) Sondeos a percusión d) Muestras geotécnicas
5.1.3.‐ Ensayos en Suelos
a) Ensayo de penetración estándar (SPT) b) Ensayo de deformabilidad c) Ensayo presiométrico d) Ensayo de Penetración Dinámica e) Ensayo de penetración estática
5.1.4.‐ Métodos de perforación
a) Maquinas de perforación y utillaje b) Elección de la Maquinaria c) Máquinas de Corredera Corta d) Máquinas de Corredera larga e) Máquinas de Cabezal Pasante f) Máquinas de Cabezal No Pasante
5.1.5.‐ Sistemas de perforación
a) Perforación sin extracción de testigos b) Perforación con extracción de testigos c) Ámbito de aplicación: d) Principio de funcionamiento
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5.1.6.‐ Instrumento de corte y fichas técnicas para obtención de datos geotécnicos
a) Perforación por Percusión b) Perforación por Roto-percusión c) Instrumentos técnicos para toma de datos geotécnicos
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I.‐ INTRODUCCIÓN 1.1.- Introducción
En virtud de ofrecer variedad de servicios a la sociedad nicaragüense, a empresas públicas
y privada apoyada en técnicas y equipamiento modernos en el país, se encaminan esfuerzos
y acciones técnico-administrativas con vista a plantear lineamientos técnicos para la
creación de una dirección de servicios geotécnicos, o bien, Dirección de Ingeniería
Geotécnica (DIG), como dependencia especializada en instituciones del Estado de
Nicaragua.
DIG conformado por un personal capacitado y especializado dotado de recursos materiales
y económicos necesarios para realizar gestiones exitosas contribuye efectivamente al
desarrollo socio-económico del país.
La Dirección, tiene por misión contribuir con proyectos de inversión económica vinculada,
especialmente, con la industria de construcción de obras de ingeniería, empresas minera
no metálica, ordenanza territorial y ambiental, prevención y mitigación de amenazas
naturales, administración de recursos geológicos, desarrollo de investigaciones
geotécnicas, y fortalecimiento de currículos para estudios superiores (universidades,
institutos politécnicos, y otros).
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1.2.- Antecedente
En los últimos años, la tónica y principios funcionales de los servicios geotécnicos
especializados han sido impulsados por instituciones académicas con apoyo de
organismos internacionales para alcanzar resultados de mucho provecho por la comunidad
científica e inversores.
En el país funcionan pocos laboratorios de suelos en su calidad como empresas
consultoras independientes, ofreciendo servicios relacionado con viabilidad, diseños viales,
topografía, formulación y evaluación de proyectos, supervisión y construcción de obras
horizontales y verticales, concreto y asfalto, caracterización y clasificación de suelos,
determinaciones analíticas en suelos, entre otros. Dicho servicios, son sumamente costosos
y solicitan mucho tiempo.
En nuestros días, se encaminan voluntades para establecer principios funcionales, y de
servicios de una Dirección de Ingeniería Geotécnica que forme parte del organigrama
institucional del país.
1.3.- Objetivos propuestos
1.3.1.- General
Establecer una Dirección de Ingeniería Geotécnica que ofrezca servicios avanzados,
integradores y especializados, de mucho provecho en proyectos de ingeniería civil y
ambiental para su uso por empresas públicas y privada del país y la región apoyados en
equipos mecánicos, instrumentales, y herramienta informática de última generación. Con
ello, se contribuye al mejoramiento de la calidad, cuidado y manejo integral de datos
geotécnicos; prestación de servicios de ensayos analíticos acreditados; capacitación,
educación y asesoramiento científico técnico en actividades relacionadas con el ambiente.
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1.3.2.- Específico
1.3.2.1.- Proponer organigrama funcional, definición y misión de la Dirección de
Ingeniería Geotécnica (DIG).
1.3.2.2.- Establecer unidades técnicas de apoyo, su descripción, visión y servicios
ofertados.
1.3.2.3.- Proponer y caracterizar técnicamente equipos instrumentales y mecánico, así
como tablillas y/o fichas técnicas para su empleo y aplicación por técnicos de la
Dirección.
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II.‐ PROPUESTA DE ORGANIGRAMA FUNCIONAL
III. DEFINICIÓN Y MISIÓN DE LA DIRECCIÓN DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA La DIG como dependencia especializada para temáticas concernientes a la Ingeniería
Geotécnica constituyendo un elemento fundamental en políticas de investigación entre
instituciones públicas.
Una DIG integra Áreas y Servicios especializados basados en instrumentación y
materiales importantes para la realización de estudios técnicos-científicos o de otra índole
cuyo ámbito de actuación supere el de una Dirección, pudiendo además prestar servicios a
otros organismos públicos o privados.
Los medios tecnológicos con que cuente la DIG permite a especialistas disponer de
facilidades para realizar tareas investigadoras, y ello redunde en una mayor producción
científica accesible económicamente a público en general
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La visión de la DIG es ser ente rector de prestigio con personal altamente capacitado y
tecnología de punta para ayudar a la administración acorde con las necesidades humanas y
en equilibrio con el ambiente.
La misión de la DIG es contribuir al desarrollo del país, a través de estudios geotécnicos
que permitan un balance entre las necesidades de la sociedad y el ambiente.
La DIG brinda capacitación y asesoramiento técnico en técnicas analíticas para la
realización de estudios geotécnicos. A su vez, la DIG se encargará de organizar seminarios,
talleres y cursos de capacitación teórico práctico a nivel profesional, técnico y comunitario,
en ingeniería geotécnica, ingeniería de suelos y materiales, tecnología ambiental y
laboratorio geotécnico y elaborar material educativo como ser cartillas, afiches, vídeos y
otros.
LA DIG cuenta con equipamientos moderno de análisis, entre los que se destacan SPT,
desgaste de los Ángeles, CBR, Compresión uniaxial y triaxial, proctor estándar y
modificado, y otros.
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IV.‐ SERVICIOS PRESTADOS 4.1. - INGENIERIA DE MATERIALES Y SUELOS
Los suelos son el más viejo material de construcción y el más complejo. Su variedad es
enorme y sus propiedades, variables en el tiempo y en el espacio, siendo de interés
geotécnico, especialmente, ante condiciones de solicitaciones dinámicas importantes.
Con el conocimiento de los materiales geológicos, siendo ellos influyentes en el
comportamiento estático y dinámico del subsuelo, permite mayor duración y favorable
economía de las múltiples obras de ingeniería, siendo beneficiados, en el tiempo invertido
para su construcción.
Por tanto, el Área de Ingeniería de Suelos y Materiales dentro de la Dirección de Ingeniería
Geotécnica tiene como propósito investigar las características geotécnicas (resistencia,
esfuerzos axiales y deformación) del terreno, su interacción con obras civiles en fase de
alzamiento y las recomendaciones de medidas preventivas oportunas.
Como área de la ingeniería engloba estudios geotécnicos para cimentación de edificios,
grandes obras públicas y de infraestructura, aportando soluciones geotécnicas acorde con la
naturaleza del terreno y la obra civil. El Área de Ingeniería de Suelos y Materiales juega
rol importante en la optimización de inversiones, y en el adecuado planteamiento de
actividades constructivas.
En general, es un Área dirigida al estudio y solución de los problemas de ingeniería del
terreno producido como consecuencia de la interacción el medio físico suelo y las obras
civiles que soportan (obras de infraestructura, obras hidráulicas, marítimas, plantas
industriales y explotaciones mineras, y otros).
La Unidad de Ingeniería de Suelos y Materiales constituye línea de acción que tiene como
misión los problemas del terreno que presentan las obras de ingeniería, los métodos e
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investigaciones in situ y la clasificación y el comportamiento de los suelos y roca en
relación con la ingeniería civil.
La unidad de Ingeniería de Suelos y Materiales (ISM) oferta servicios a la comunidad en
general, tales como:
Caracterización geotécnica general y ambiental
Estabilidad de Taludes
Estudios Geotécnicos previos a la construcción
Exploración y evaluación de reserva de fuentes materiales
Evaluación de Materiales de Relleno
Investigación y Análisis de Cimientos para Puentes
Cimentaciones superficiales
Geotecnia computacional
Exploración de agua subterránea para consumo humano o regadío
Realización de Estudios de Impacto Ambiental
Estudio de ubicación preferencial de actividades potencialmente
contaminantes
Análisis de Asentamientos
Asistencia técnica requerida por empresa pública o privada para la
ejecución de objetivos y funciones propias de estas en tópicos relacionados
con la geotecnia, ingeniería del terreno y mecánica de suelo y roca, entre
otras a través de cursos, talleres y seminarios.
Testificación geotécnica en suelos y roca Análisis de peso específico relativo
Atender, divulgar e informar al público en general
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4.2. – TECNOLOGÍA AMBIENTAL
Como una dependencia especializada de la Dirección de Ingeniería Geotécnica, tiene por
propósito ofrecer soluciones tecnológicamente viables desde el punto de vista de la
ingeniería a problemáticas ambientales que resulten de diversas acciones antrópicas,
considerando a su vez, aspectos económicos y legales. Con esto, se contribuye al desarrollo
humano sostenible, y a la restauración ambiental de territorios en Nicaragua
La Tecnología ambiental (denominado como Ingeniería Ambiental) es un área encargada
de controlar y aminorar el impacto ambiental de obras públicas, actividades urbanas,
mineras e industriales, a través de la aplicación de medidas tecnológicas y de gestión.
La misión de esta Área es contribuir con la protección del medio ambiente desde dos
enfoques, el primero a través de la identificación, análisis y evaluación de posibles
impactos producidos sobre el ambiente. Y finalmente el segundo mediante la aplicación
mejores tecnologías disponibles en cada momento para la restauración del medio ambiente
perturbado por la actividad del hombre.
La unidad de Tecnología Ambiental (TA) oferta servicios a la comunidad en general, tales
como:
Realización de Estudios de Impacto Ambiental
Evaluación de obras para el control, mitigación y/o prevención de impactos
ambientales negativos ocasionados por la actividad humana.
Caracterización o investigación medioambiental
Asistencia técnica a instituciones y organizaciones en el estudio de
problemas ambientales, en la promoción y establecimiento de políticas y
estrategias para la protección, conservación y mejoramiento del ambiente a
través de cursos, talleres y seminarios.
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Evaluación de iniciativas de restauración ambiental
Desarrollo de herramientas y modelos para la predicción del impacto
ambiental de las acciones humanas.
Estudio de ubicación preferencial de actividades potencialmente
contaminantes.
Atender, divulgar e informar al público en general Realización de educación ambiental, para que tanto administrados como las
autoridades administrativas de las regiones funcionarios de
municipalidades y de otras dependencias del Estado, así como grupo
organizados de la sociedad civil conozcan la importancia de esta actividad
en el desarrollo socio económico del país y la necesidad y posibilidad de que
se realice sin deteriorar el ambiente de manera irreversible
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4.3.- LABORATORIO DE GEOTECNIA
En nuestros días, las obras de ingeniería exigen con mayor frecuencia fuentes de materiales
de óptima calidad física y mecánica a fin de garantizar su sostenibilidad y funcionalidad de
cimientos, y diseños estructurales.
Por cuanto, el estudio minucioso de parámetros y propiedades geotécnicas del subsuelo
tiene, también, resultados positivos reflejados en el tiempo invertido en el análisis y
operatividad de la práctica técnica. De igual manera, se favorece con lo ante descrito el
valor agregado a una obra y garantías de excelente vida útil.
Para ello, el Área de Laboratorio de Geotecnia, cuenta para alcanzar sus metas se apoya
de instrumentos y equipos modernos con técnicos suficientemente capacitados que
laboren para nuestra institución. De esto se espera obtener documento técnico y sus anexos,
incluyendo recomendaciones pertinentes del caso.
El laboratorio geotécnico, combina conocimientos prácticos de la mecánica del Suelo y
mecánica de roca apoyada de investigaciones del subsuelo mediante métodos y técnicas de
reconocimiento y ensayos (tanto mecánicos como instrumentales), así como métodos de
análisis y modelación del terreno (geotecnia computacional).
La unidad de Laboratorio de Geotecnia (LG) oferta servicios a la comunidad en general,
tales como:
Clasificación S.U.C.S. y A.A.S.H.T.O.
Límites Atterberg
Análisis granulométrico e hidrometría
Desgaste Los Ángeles
California Bearing Ratio, CBR
Peso Volumétrico
Absorción, densidad aparente y modulo de finura
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Contenido de materia orgánica en agregados
Gravedad Especifica
Propiedades para compactación, Proctor (Estándar y Modificado)
Compresión triaxial y uniaxial (suelos, rocas y concreto)
Pruebas de Penetración Estándar (SPT) y prospección con cono de
penetración
Contenido de Humedad
Intemperismo Acelerado
Toma de muestras inalteradas, ensayos y pruebas ʺin situʺ de suelos:
sondeos mecánicos a rotación y sondeos dinámicos (penetros), placas de
carga.
Ensayos mecánicos de suelos: S.P.T. (N30) y penetros (N20)
Determinación de la permeabilidad para ensayo de carga variable
Consolidación de arcillas
Asistencia técnica requeridas por empresas públicas y privadas en tópicos
como el manejo y aplicación de instrumentación geotécnicas,
mantenimientos de equipos geotécnicos, entre otros con la finalidad de
alcanzar funciones y objetivos propios de dichas organizaciones a través de
cursos, talleres y seminarios
Atender, divulgar e informar al público en general
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V.‐ EQUIPO E INSTRUMENTACIÓN GEOTÉCNICA
En este acápite están reunidos y descrito, la instrumentación que pudiese emplearse en los
diferentes estudios de ingeniería geotécnica que se oferten desde las unidades técnicas de
una DIG. Esta descripción se realiza con miras a obtener equipos tecnológicos de última
generación. No obstante, estos equipos, implican altos costes de adquisición,
mantenimiento, y formación del personal, el cual debe encontrarse adecuadamente
entrenado. Los detalles específicos se explican a continuación:
5.1.- ENSAYOS DE LABORATORIO DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD
Ensayo uniaxial o de compresión simple
Máquina para ensayo uniaxial.
El ensayo se realiza sobre un cilindro de
roca, al que se aplica gradualmente
fuerza axial hasta que se produce la
rotura. Se obtiene valores de fuerza,
magnitud y velocidad de aplicación
controlada.
El ensayo permite obtener curvas
esfuerzo-deformación axial, medida a
través de comparadores o bandas
extensométricas automatizados.
Cortesía de L. Vallejos
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Maquina de compresión simple a
muestras cilíndricas homogéneas y
uniformes. Con esto, se permite
determinar el tiempo de rotura del
material, esfuerzos aplicados, la forma,
orientación y cantidad de fracturas
generadas. Esta información es
importante en estudios vinculado con la
determinación de capacidad de soporte
del subsuelo, cálculo de cargas
admisibles, y determinación de
profundidad de desplante de obra de
ingeniería. Cortesía de L. Vallejos
Maquina de compresión Servo-
Controlada. Permiten registrar la
región post-pico de la curva de
deformación. Permiten programar el
rango o velocidad de aplicación de
algunos de las variables del ensayo,
esfuerzo o deformación, para que
sea ésta la que controle el proceso de
rotura de la roca. Una Servo-válvula
va aplicando o retirando presión
hasta ajustarse la carga a los rangos
pre-establecidos. Permite utilizar la
deformación como variable de
control de ensayo, obteniéndose el
registro completo de la curva post-
pico en cualquier tipo de roca.
Cortesía de L. Vallejos
16
Resistencia a la compresión
triaxial.
Cortesía de GCTS
Resistencia a la compresión
simple: Ensayo de carga
puntal.
Cortesía de GCTS
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Análisis de Corte directo en rocas. Cortesía de GCTS
18
Análisis de CASAGRANDE
Cortesía de ELE/ Tecnología, U.S.A
19
Análisis de Consolidación de arcillas. Cortesía ELE/ Tecnología, U.S.A
Cortesía de ELE/Tecnología U.S.A.
20
Análisis hidrométrico Cortesía de ELE/Tecnología
21
Análisis granulométrico Cortesía de ELE/Tecnología
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5.2.- SONDEOS GEOTÉCNICOS
Sondeo a rotación, equipo ligero
sobre patines. Permiten perforar
cualquier tipo de suelo o roca hasta
profundidades muy elevadas (entre 100
y 1000 metros) y con distintas
inclinaciones. La extracción de testigo
es continua y el porcentaje de
recuperación del testigo con respecto a
la longitud perforada puede ser muy
alto. Nota: Su funcionalidad es
condicionada por el tipo de material,
sobre todo, en gravas, y los bolos o
arenas finas.
5.2.1.- Sondeos a rotación
Cortesía de L. Vallejos
Sondeo a rotación, inclinado. Este
sistema de perforación consta de:
- Cabeza
- Tubo portatestigo
- Extractor
-Manguito portaextractor
-Corona de Corte
Cortesía de L. Vallejos
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En fotos adjuntas, se presenta corona
como elemento perforador en el sondeo
constituido por carburo de wolframio o
widia (usado en suelos y rocas blandas)
o de diamantes (usados en rocas duras o
muy duras). Cortesía de L. Vallejos
Baterías de perforación y coronas, son
de tubo simple o doble. Cortesía de L.
Vallejos
Sistema de wire line, sistema de tubo
con cable wire line para exploración del
subsuelo a profundidades superiores a
100 m, que disminuye tiempo de
maniobras, obteniéndose mayores
rendimientos. Cortesía de L. Vallejos
24
5.2.2.- Sondeos con barrena helicoidal
Máquina para Sondeos helicoidal,
su uso se limita a suelos
relativamente blandos y cohesivos, no
siendo para suelos duros o
cementados. Entre sus ventajas se
encuentra el bajo coste, facilidad de
desplazamiento y rápida instalación
de los equipos. Consiste en
introducir al subsuelo barreno
helicoidal metálico en giro continuo
hasta alcanzar el objetivo planeado.
Este aparato se asienta sobre
plataforma firme y estable. Con este
equipo, se toman muestras inalteradas
y la realización de ensayos "in situ"
por el interior de la sonda. Las
profundidades de investigación
comprenden entre los 2 y 40 metros
con barrenos de diámetro entre 1 y 8
pulgadas.
Cortesía de L. Vallejos
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5.2.3.- Sondeos a percusión
Máquina para Sondeos por
Golpeteo, su uso está limitado a
suelos granulares como en suelos
cohesivos. Este tipo de sondeo puede
alcanzar profundidades de hasta 30 ó
40 metros. El sistema de perforación
consiste en la hinca de tubos de acero
mediante el golpeo de una maza de
120 kg que cae desde una altura de 1
m. Este ensayo permite conocer la
compacidad del suelo atravesado. Las
tuberías empleadas, tienen diámetros
exteriores de 91, 128, 178 y 230 mm,
actúan como entibación durante la
extracción de muestras mediante
cucharas y trépanos.
Cortesía de L. Vallejos Este sistema permite conservar la estabilidad del barreno al momento de la perforación y su
dirección mecánica por personal de apoyo. Con ello se facilita ensamblar barrenos uno a
continuación de otro para investigar el terreno, evitando derrumbes o colapso de material en
profundidad al momento de su introducción, o bien su retiro una vez culminada la
exploración del subsuelo.
26
Cuchara de extracción para
testigos en sondeos a percusión.
Cortesía de L. Vallejos
Triconos, permiten la trituración del
material en sondeos a percusión
Cortesía de L. Vallejos
27
5.2.4.- Muestras geotécnicas
Tomamuestra tipo Shelby hincados
a presión y a golpeo, utilizados en el
ensayo de penetración estándar SPT.
Permite obtener muestras inalteradas
de mejor calidad en suelos blandos y
muy blandos
Cortesía de L. Vallejos
Tomamuestra de pistón hincado en
el subsuelo, tiene revestimiento
metálico con el que se extraen
muestras inalteradas de calidad en
suelos perforados.
Cortesía de L. Vallejos
Hinca de tubos tomamuestras, el
sistema consiste en clavar un tubo
tomamuestra en una excavación en
forma manual (en suelos blandos) o
mecánica ayudado de pala de la
excavadora (suelos firmes). Los
extremos se parafinan y protegen para
su envío al laboratorio.
Cortesía de L. Vallejos
28
Caja porta-testigos de sondeos
geotécnicos en suelos, de madera o
cartón parafinado, etiquetadas,
señalándose con tablillas las cotas en
la que se produce un cambio
litológico o aparece estructura
geológica (falla, fractura o hueco).
Cortesía de S. Tenorio
Caja de porta-testigo de sondeo
geotécnico en rocas, con similares
característica al descrito
anteriormente.
Cortesía de S. Tenorio
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5.3.- ENSAYOS EN SUELOS 5.3.1.- Ensayo de penetración estándar (SPT)
Tomamuestra, puntazas y
elementos del ensayo SPT. El
primero de estos consta de tres
elementos: zapata, tubo bipartido y
cabeza de acoplamiento con el
varillaje. Éste se debe hincar en el
terreno 60 cm contando el número de
golpes necesarios para hincar tramos
de 15 cm.
Cortesía de L. Vallejos Equipo de SPT, permite introducir
al subsuelo barreno metálico. El
golpeo para la hinca se realiza con
una maza de 63,2 kg cayendo
libremente desde una altura de 76 cm
sobre una cabeza de golpeo o yunque.
La lectura del golpeo del primero y
último tramo no se debe tener en
cuenta,
Cortesía de L. Vallejos por la alteración del suelo del suelo o derrumbes de las paredes del sondeo en el primer
caso, y por posible sobrecompactación en el segundo. La suma de los valores de golpeo de
los dos tramos centrales de 15 cm es el valor N, denominado también resistencia del
terreno.
30
Cortesía de L. Vallejos
Equipo de penetración estática,
Consiste en hincar en el suelo una
punta cónica a presión y a velocidad
constante midiendo el esfuerzo
necesario para la penetración del
cono. Los ensayos se realizan en
suelos granulares y en suelos
cohesivos de consistencia blanda. La
presencia de bolos, gravas, suelos
cementados y roca produce rechazo y
daños en los equipos. Permite obtener
ángulo de rozamiento interno para
suelos granulares; presión intersticial,
resistencia por punta, perfil geológico
y profundidad.
Esclerómetro o martillo Schimidt,
permite obtener la resistencia a
compresión de los materiales en el
terreno. El sistema consiste en un
pequeño aparato metálico de
geometría cilíndrica que dispone de
un muelle en su interior y de una
punta retráctil, la cual ser presionada
contra la roca hace que el muelle se
dispare. El aparato debe colocarse
perpendicular al plano de ensayo.
Cortesía de C. Fernández
31
Deben realizarse en cada punto de medida 10 percusiones con el martillo, eliminando los 5
valores más bajos y tomando el valor promedio de los restantes.
Los valores de rebote obtenidos se correlacionan mediante un ábaco con la resistencia a
compresión simple, en función de la densidad de la roca y de la inclinación del martillo y
del plano ensayado.
5.4.- ENSAYO DE DEFORMABILIDAD Ensayo presiométrico
Presiómetro, este ensayo se realiza
en interior de un sondeo de diámetro
convencional y consiste en aplicar
escalonadamente una presión radial,
mediante una sonda dilatable, en el
interior del sondeo, midiendo el
desplazamiento que se introduce en
terreno circundante. La presión se
aplica a través de una camisa de
caucho por medio de agua o gas. La
mayor parte de los equipos trabaja
con presiones menores de 10MPa
pero algunos permiten alcanzar hasta
20MPa
Cortesía de L. Vallejos
32
5.5.- ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA
Equipo de penetración dinámica
Borros, este consiste en la hinca del
terreno de puntaza metálica, unida a
un varillaje, mediante golpeo. El
equipo de golpeo se compone de una
maza, un yunque y unas guías. El
yunque transmite la energía recibida a
la puntaza mediante unas varillas que
se van acoplando sucesivamente
según progresa el ensayo. La maza
cae libremente, y la velocidad en el
momento de iniciar la caída debe ser
cero. Este ensayo se realiza
preferentemente, en suelos granulares
o mixtos hasta profundidades
considerables (hasta 25-30 m.).
Consiste en la hinca de una puntaza
de sección cuadrada de 40 x 40 mm
conectada a un tren de varillas de 32
mm de diámetro exterior y longitud
variable.
Cortesía de CODEXSA, España
33
5.6.- ENSAYOS DE PENETRACIÓN ESTÁTICA El ensayo de penetración estática CPT consiste en hincar a presión en el suelo a una
velocidad constante de 2 cm/seg., de una punta cónica que permite medir por separado la
reacción que opone el suelo a la penetración del cono (qc) y el rozamiento de un manguito
ubicado por encima del mismo (fs). El ensayo CPTU (piezocono) permite medir además la
presión de poro que se genera durante la hinca. La reacción necesaria para la hinca está
dada por
el propio
peso del
vehículo
o por
anclajes
al
terreno.
Cortesía de IGeoTest, España
34
5.7.- SONDEOS MECÁNICOS A ROTACIÓN
Sistema para el reconocimiento en
profundidad del subsuelo, con que se
permite obtener registro continuo de
los distintos niveles, siendo
importante para la realización de
ensayos de muestreo y resistencia.
Las fotos adjuntas, muestran
distintos tipos de sondas, montadas
sobre camiones, sobre oruga, sobre
patines o sobre coches todo terreno.
La máquina elegida dependerá del
tipo de sondeo y de la accesibilidad al
punto de muestreo.
Para ello, se solicita la preparación de
accesos mediante maquinaría auxiliar
o excepcionalmente transportes
especiales (grúas, barcazas, etc.).
Cortesía de CODEXSA, España
35
VI. ‐ MÉTODOS DE PERFORACIÓN
6.1.‐ MAQUINAS DE PERFORACIÓN Y UTILLAJE Por la variedad de terrenos a perforar, la recuperación de la muestra de más del 90%, los
desvíos mínimos del sondeo, y la representatividad y buena calidad de la muestra, se
solicita buen conocimiento de los distintos tipos de máquinas y de los útiles de
perforación más adecuados a cada caso
6.1.1.- Elección de la Maquinaria
Se debe considerar lo siguiente:
Sistema de transporte y anclaje
Sistema de cabrestante y poleas para wire line
Recorrido y guías del cabezal
Revoluciones y par
Capacidad de carga
Capacidad de bombeo de lodos y agua
Experiencia del equipo humano
A continuación se presentan algunos ejemplares que reúnen tales condiciones descritas
antes:
36
Cortesía de S. Tenorio
37
Cortesía de S. Tenorio
38
El diámetro máximo de perforación está controlado por el paso del cabezal y mordazas.
Cortesía de S. Tenorio
39
6.1.2.-Máquinas de Corredera Corta
Este integra los siguientes componentes:
Mástil y cabezal independientes
mm a 600 mm)
por la capacidad de extracción de
as máquinas de corredera corta normalmente con guías del cabezal muy robustas permiten
stas suelen estar dotadas de un mecanismo hidráulico de retracción o de apertura manual
Recorrido corto del cabezal (450
Su capacidad de perforación suele estar limitada
la sarta de perforación.
L
una gran estabilidad de la sarta de perforación
E
del cabezal para dejar libre la línea de perforación para ensayos hidrogeológicos,
geotécnicos o geofísicos. En el sistema de wire line necesario para tirar el arpón
40
ortesía de S. Tenorio
C
41
6.1.3.-Máquinas de Corredera larga
ste tipo de maquinaria tiene mástil dotado de guías por las que suben y aja el cabezal activado mediante un cilindro hidráulico, por cadena o por able
aplicación:
a) Los recorridos estándar para varillas o tubos testigo de 1,5 o de 3,0 m. b) Muy versátiles, aptas para gran variedad de usos c) Pueden incorporar sistemas hidráulicos auxiliares (martinete SPT,
mordazas, etc.). d) Adecuadas a la realización de sondeos cortos. e) Los cabezales pueden ser "pasantes" o "no pasantes".
ortesía de S. Tenorio
Ebc
Algunas ventajas de su
C
42
Otros ejemplares de este tipo de máquinas se muestran abajo:
ortesía de S. Tenorio
C
43
6.1.4.-Máquinas de Cabezal Pasante
lgunas características son:
a) Las varillas "pasan" por dentro del cabezal, que va dotado de un sistema de mordazas para sujetar al varillaje
b) El agua de refrigeración entra por la cabeza de la varilla a través de una giratoria
rforación a rotación con sistemas que edio-bajo (en función del agarre de las mordazas).
d) Permite insertar o retirar las varillas con mucha facilidad, dando rapidez a la operación Cortesía de S. Tenorio
A
c) Solo deben emplearse para pe
requieran un par m
44
l No Pasante
ntre
a) Las varillas "no pasan" por el cabezal, que lleva una salida directa que rosca en la primera varilla.
b) Son más versátiles. Pueden utilizar sistemas de perforación que requieran un par elevado.
c) El cambio de varillaje es más lento que en las máquinas de cabezal pasante.
d) En la salida de la máquina se puede instalar:
- Amortiguador de golpeo para martillo en fondo. - Cárdan: para perforación con hélice.
ortesía de S. Tenorio
6.1.5.-Máquinas de Cabeza
E sus características tenemos que:
C
45
an abajo:
Cortesía de S. Tenorio
Algunos ejemplares de este tipo de máquinas se muestr
46
6.2.‐SISTEMAS DE PERFORACIÓN
6.2.1.- Perforación sin extracción de testigos
ste sistema, se basa en la aplicación de peso y rotación a un útil de erforación (tricono o Rotary, martillo en fondo o cabeza, hélices, cazos, ucharas, boca, o corona) que actúa sobre el terreno a perforar. Tiene las iguientes características:
Conversión del giro horizontal de una unidad motriz (motor) en giro vertical (cabeza de la sonda) por pedio de un grupo cónico.
La cabeza transmite la rotación al varillaje (mediante mordazas o roscado directamente)
La perforación se produce mediante un útil de corte en el fondo.
n, el varillaje sirve para aplicar un peso sobre el útil de corte y para la circulación de los fluidos (agua, lodos)
La cabeza transmite la rotación al varillaje (mediante mordazas o
corte y para la circulación de los fluidos (agua, lodos)
ante con capacidad para elevar peso. Puede funcionar con varias velocidades.
Epcs
Además de transmitir la rotació
roscado directamente)
La perforación se produce mediante un útil de corte en el fondo. Además de transmitir la rotación, el varillaje sirve para aplicar un
peso sobre el útil de
Para facilitar las operaciones se dispone de un cabrest
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l sistema de rotación puede ser:
inería)
Seg
• Rotativas con cabezal fijo y usillo deslizante
• Rotativas con mesa de rotación
E
• directo (motor eléctrico o hidráulico) • Indirecto. Utiliza la llamada mesa de rotación (poco usado en
m
ún el método de arrastrar el varillaje las sondas son:
• Rotativas con cabezal deslizante
Cortesía de S. Tenorio
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6.2.2.- Perforación con extracción de testigos
entajas
Sistema muy versátil Los equipos acceden con facilidad a cualquier emplazamiento Se puede perforar con cualquier inclinación Permite obtener muestras completas no contaminadas Es el único método que proporciona información estructural y
textural completa
esventajas
s en terrenos muy fracturados, donde las recuperaciones son generalmente bajas
Muy costoso en terrenos muy abrasivos debido al fuerte desgaste del material.
Mala perforación y mala recuperación de menas muy friables o solubles, en las que con frecuencia se puede infravalorar el contenido de determinados minerales
en dos tipos:
ble
ción
V
D
Tiene problema
Se dividen
a) Sistema convencional con empleo de testiguera de dotubo, acoplada al varillaje de perfora
b) Sistema wire line para extracción de testigo con cables.
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6.2.2.1 Cuando se requiere recuperar la muestra íntegra, para tener registro de su tex r 6.2.2.2.- Principio de funcionamiento:
btención de un
stigo mediante l corte anular
producido rotación y avade una corona de perforación
stigo se lmacena mporalmente
n un tubo ortatestigos ituado detrás de
Cortesía de S. Tenorio
.- Ámbito de aplicación:
tu a y estructura
Ocilindro de tee
por la nce
. El teateepsla corona.
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iamantes (de inserción o de impregnación)
arburo de Tungsteno (Widia)
es
Ejemplares de Coronas de Diamantes de inserción
ado para formaciones blandas, abrasivas y terrenos no s donde la velocidad rotacional
isponible y la carga de las coronas son insuficientes para usar coronas de iamantes impregnados debido a las limitaciones de los equipos de erforación
ortesía de S. Tenorio
6.3.‐INSTRUMENTO D Entre estos tenemos,
a) Coronas de D
b) Coronas de C
c) Zapatas
d) Calibrador
Recomend
E CORTE
consolidados. También en formaciones duraddp
C
La zona de corte está
nsertos de carburo de tungsteno
a medias, en reconocimientos de suelos y geotecnia. Son mucho más baratas que las coronas de diamantes
jemplo de Corona de Carburo de Tungsteno Cortesía de S. Tenorio
Por otro lado, Las zapatas se utilizan roscadas a los tubos de revestimiento, para bajarlos a la cota de perforación y revestir el taladro. El diámetro exterior
formada por i
Son utilizadas para perforar en formaciones de blandas
E
de las zapatas corresponde a la meinterior es el adecutestigo de diámetro i El diámetro interior
dida de perforación y el ado para pasar el tubo nferior.
de las zapatas debe ser aterial de corte, ya que liso, sin resaltes ni m
por su interior debe girar un tubo testigo.
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Por último tenemos los calibradores que tienen las siguientes aracterísticas:
a) Se colocan tras la corona de perforación para mantener el diámetro del sondeo, permitiendo
adesgastada, sin necesidadde reperforar el taladro. El diámetro exterior deun calibrador, es ligeramente superior alde la corona.
b) Los pasos de agua entre
zonas diamantadas o insertos de carburo de tungsteno del calibrador,facilitan el paso delcaudal refrigerante y laascensión del detritus.
adores ayudan también a estabilizar la
c
que una corona nueva reemplace a un
c) Los calibr
columna de perforación.
Cortesía de S. Tenorio
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6. Tiene las siguientes características:
a) Hinca de tubos b) Caída libre de
trepano c) La perforación se
hace por un movimiento de percusión en el fondo del sondeo.
d) La unión de la herramienta de percusión a la sonda es mediante un cable (sistema pensilvano) o mediante un tren de varillaje
(sistema ense)
e) El movimiento se acciona por medio de un balancín que
el
f) a fondo
2.4.- Perforación por Percusión. Cortesía de S. Tenorio
canadi
mueve todo conjunto. Mantienede sondeo un lodo que sirve de refrigerante y mantiene el detritus ensuspensión para su
posterior
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extracción con cuchara. g) Son sondeos,
h) Es un método muy simple y barato
i) Puede perforar cualquier tipo de terreno (fracturado, no consolidado, duro, heterogéneo,
j) Indicado para perforar formaciones fracturadas
con pérdidas de fluidos k) Se puede entubar el pozo a medida que avanza la perforación y, de
el sondeo o caída de bloques. l)
necesariamente verticales
este modo, evitar el colapso d
Buen sistema para perforar placeres y escombreras
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6.2.5.- Perforación por Roto-percusión
entajas:
a) Gran velocidad de avance b) Permite realizar sondeos de gran diámetro y profundidad c) Buena verticalidad del sondeo d) Nula colmatación de las paredes del taladro e) Evita entubaciones y cementaciones f) Detecta bien los acuíferos g) Permite el muestreo del agua de formación
i) Permite perforar terrenos muy fracturados
nconvenientes:
tienen un
erosa al servicio de este sistema
columna de agua en el interior del
detritus
V
h) Obtención continúa de ripios
I
a) Peso elevado de la sarta (varillas de 6 mt de longitudpesono inferior a 400 Kg.
b) Necesario disponer una logística gende perforación.
c) Las presiones ejercidas por lasondeo, dificultan la normal evacuación del
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Cortesía de COYTRA, España
Cortesía de COYTRA, España
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Acerca de los colaboradores
Doctor Sergio Tenorio (Senior Geologist) | Project Director | Golder ssociates Global Iberica S.L.U. C/ Rios Rosas 36 1D Madrid 8003,España : +34 91 7281120 | D: + 34 91 728 1120 | F: +34 91 728 11 21 | M: +34 39 176 237 | E: [email protected]
A2T6 | www.golder.com
Doctor Luis Gonzalez Vallejos. Director del Master de Ingenieria Geologica de la Faciultad de Ciencias Geologicas de la Universidad
ense de Madrid (UCM). Madrid, Espana. www.ucm.esComplut
CODEXSA. En 1979 se creó en Sevilla una empresa de ingeniería para prestar servicios técnicos de control de calidad al sector de la construcción. Actualmente, Codexsa cuenta con tres laboratorios creditados para el control de calidad de la construcción y un equipo humano de 200 profesionales (ingenieros técnicos, arquitectos,
nicos, control de materiales, asistencias técnicas, etc. odexsa está acreditada por la Junta de Andalucía en las áreas técnicas
a
arquitectos técnicos, geólogos, químicos, técnicos de laboratorio, operadores de isótopos radiactivos, analistas, sondistas, etc.) con amplia experiencia en la realización de ensayos, estudios geotéc
Cde hormigones (en masa y armado), mecánica de suelos, viales, toma de muestras inalteradas y ensayos ʺin situʺ de suelos. Tiene implantado un Sistema de Gestión de la Calidad, basado en la Norma UNE‐EN‐ISO 9001:2000 certificado por AENOR en Sevilla y Cádiz. Desde su fundación Codexsa ha colaborado con entidades privadas y con la Administración Pública (central, autonómica y local). En el año 2008 Codexsa está participando en el control de calidad de
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varios tramos de autovías, ferrocarriles, carreteras, urbanizaciones, obras civiles y iles de viviendas. Se realizan 1.000 est ios geotécnicos anuales y se ejecutan miles de metros de sondeos en España y Portugal.
m ud
http://www.codexsa.com/
ELE International. ELE es líder mundial en el desarrollo y fabricación de equipos de prueba para materiales de construcción, incluyendo suelo, concreto, agregados, asfalto y roca. ELE Internacional es una organización global, que opera en Estados Unidos, Canadá, America Latina y el Caribe, Europa, Medio Oriente, África y Asia. Los sistemas de prueba ELE, cumplen con la normatividad y estándares más actuales y están diseñados para su uso tanto en boratorios como en el campo, proporcionando sistemas resistentes y
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u e
la
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