DESCBIPCIóN Y CLASIFICACIÓN DE SUELOS Y ROCAS

. Inform¡cián geológica. En un núclco de roca es posible obfener todos lospa¡ámetros que se describie¡on para el material roioso o ..roca iot""tu,l. Si.embargo, en cuanto a las características del maciio .o"oro,

"a poaiUi"

obte¡er con mayor certeza parámetxos como to ori"ntu"iOn, "rpu"iuliüiiy número de sistema de las discor¡rinuidada., ,i".pr" qu"'".ti-uO""uiOul

mente muestreadol

si se-planean y ejecuhn cuidadoqam€nte hs pe¡foraciones seguidas por unadescripción deráttaLa del núcleo v una inr¡*.io'" ,i"i "1,,i-l^ ^"--j.il:--*"- hi.;;;;;;;;.-#üili#fl:'T::iói der asujero' pucden proporcio-

o rndices para describir lo, maciror.o,e *uchos de los I0 Parámctros espcclficos

del marerial rocoso) os tJcscriltts t'n lapágina 42 @eicripción

,^ ,_P_"Íu::do .ol el grupo de ingcnierla Lte la Sociedad Geológica de Londresla rnrorutación geotógica retadva o lirologica y orras cari"*i.á o"rii.u.,obtcnerse er forma sisremárica eo la descr¡r;. ¡0, ¿. ",t.["ü -i, ifrollirl"r,",a) Estado de alteración.á) Est¡uctura y discontinuida<tes-c) Color.d) Tamaño de grano.

1. Tamaño de las paraículas subordinadas.2. Textur¿.3. Estado.de altcración-4. Estado de cemeniación.

e) Resistencia del material rocoso., Nomt,e de la roca.

l. Tipo de minerales.

Métodos de exploracióngeológica

Métodos indirectos

Fotogeología

Se considera a Ia fotogeologla como un mébdo indifeeto para bac€r geologia enla sqlerñcie del fereno y üene como base ta inte4retaoiOn Oe fotogralas aereas.

Es una fofma de reconocer, geológicamenEen gabinete, áJas de grandesextensiones en un üempo sunamente corto (plig, 1.8., Geología a¿iéída a ta

. ingenie-ría civil y a la fotointerpretación, México, Lito luventü, fóZO, p. zOOi;sin embargo, pafa-que el estudio en gabinete tenga valideir, es necesario óompte-mentrr el estudio fologeológico con Ia conespondiente verificación en campo delos aspec¡os dudosos de la folointefpretación,

. En geotécnic4 la foúointerpretación se uririza principalmelte durante laprimera etap¿ de exploración, y en menorgrado, OuranL h eLpa ae investigaciórdetallada del siüo de construcción de una obra civil.

- La escala de las fotograflas aéreas depend€ de¡ üpo de estudio. para estudiosde reconocimiento se utilizan las de l:25 mil a l:50.mil y para haba¡os de deta-lle rle l:200 a l:5 mil y l:20 mil particularmente si jon en color.

- El análisis fotogeológico es de vita¡ importancia en las exploraciones paraobras de ingenierla ciyil. En la etapa de reconocimien&o se localizan las zonas deinte¡és para la eüficación de obras de ingflierfa ciyil. I ,a i¡rspección fo¡ogeológicade una región permite seleccio*r áreas donde el terreno ¡e¡Íne ras carac-terfsticasmlnimas indispensables para proye{tar un a obra deterE¡inada y por tan¡o ser suJ eúode procedimientos exploratorios detallados.

Una vez seleccionados los siüos, el objetivo Ael estudio fotogeológico esdeterminar, e¡ una primera aproximación, sus características litotógicas y-estruc-tulas genera.les, asl como sus relaciones esfratigráfieas. Con la infomación obte-

56 MÉTOOOS DE EXPLORACIÓN GEOLÓGICA

nida se decide la estrategia y los métodos más adecuados para las inyestigacio-I¡es directas. Las caracterlsticas principa.les, suscepdbles ¿e ser reconoci;as enun estudio fotogeológico son las siguientes:

a) Litológicas: dpo de roca, homogeneidad litológica, pemeabilidarl, cohe_siór, solubilidad, gr¿do ge intemperismo.

¿r) Estructurales: rumbo y echado de los estratos, pliegues, diaclasas,lineamientos regionales, fallas, fractüras, deslizamiento;

c) Esl¡atigrálicas: cBulmna esúatigráfica, disconlancias.z/) Geohidrológicas: sistemas de drenaje superficia-l, zonas de posible

inñltraciól, determinación de cuencas de captación.s) Geomorfológicas: morfotogía y fisiografla de la región.l) Geotécnicas: plancación det raz o de carrete¡¿s, vfas ¿e fenocaÍil, canales,

combustoleodüctos, localizaciór de sitios que requerirán de un puente,delimitación y ubicación de bancos de matérial para construcción, esta_bilidad fte las pendiertes que causen ttuda, eitudios prelimina¡es deboquillas y vasos en presas.

Las fotografias aéreas comünes pueden ser complementadas cox fotografíasaomadas a pa¡tfu de satélites artificiales.

Una sola de estas fotogra-tfas cub¡e una superficie de 35 mil kilómeroscuádraalos; normalmente las escalas utilizarlas son de l:250 mil a 1:500 mil.

_.,!n Tludiq geológicos regionates, la gran ventája de las fotograffas desatélite r¿dica en Ia relativa facilidad con que seáelimitan las provincias es;uctura¡esy qeomorfológicas mayores, de esta for¡na se perrnite diferencia¡ unidadeslitológicas.

. -. l"ooo de la geotecnia las fotográfías de satélite se han utilizaclo paradelimihr cuencas hidrológicas, en lffalizaciór de fallas a nivel region.al, en laubicación de bancos de material_

Mélodos geofísicos

Dertro de la ingeniería civil, los métodos geoffsicos son recomen«lados enmúltiples casos, ya q|]e proporciomn infomación de la litologfa y de lasestructuras geológicas del subslIeto, lo cual es de primordial imponaricia iara toOotipo de proyectos, como puede ser el estudio de las condiciones cle

"i-"ni."iOn ",uua presa o edificio; detemi.ación de la profundidad a la que se encuentra la rocasana, de algunas propiedades ffsicas pata un proyecto de túnel o bien parainvestigar los barcos de materiales para laconstrucción de un^

"urr","ra "-,in",etc. La gran cantidad de información que proporcionan justifica plenamente suütilización tá:nro en estudios preliminares (prefactibifiOaO¡ co-d e, ta" etapassubsecuentes de la exploración y colsrucción de obfas civiles.

MEÍODOS INDIRECTOS 57

Entre los métodos geoffsicos más comunes se encuentran los siguientes:

SlsmicoEléctricoMagnetométrico

GraviméricoRadiométrico

En esencia todos consisten en determinar la.s va¡iaciones en el espacio o en eltiempo de uno o varios campos de fuerzas. r

El valor de eslos campos vione dcterminádo, entre otros iactorés, por lanaturaleza de las es[ucturas dcl subsuelo y por ól hecho de que las propiedarles flsicas

de las rocas, o al menos una de ellas, varlan ampliamente, de unas zonas a oEas.Con ftecuencialas discontinuidadcs flsicas conesponden allmitesgeológicos,

por lo qug numcfosos problemas csbuctumles se reducen a la ioterpretación de loscampos medidos en superficie en función de la forma de esias discontinui-dades (Grifiiths D. A. yKingR.H., C¿oÉ ica aplicadapara inBenierosy geóbgos,Espafla, Pdaninfo, l9?2). Evidentemente. la mayor o menor facilidad de efectuar

. la interpretación depcnderá considerablemente del grado de contraste de laspropiedades flsicas de las rocas presentes en la esructura analizada, la eleccióndel método se ha¡á en función de la propied¿d ffsica que, dentro de la éstfucturaque presenta el subsuelo, ofrezca mayores contfastes. i

§ in embargo, no es éste el único factor que hay que considerar en el momentode elegir un método de prospe.ción geoffsica ya que algunas técnic¿s se prestánmás que otras a una interpretación cuantiurtiva, de ahl la necesidad de una mayorprecisión en la interpretaoión, aun cuando esto implique úabajar con magnitudesflsicas que presenten menores cont¡astes cntfe sus valores.

Las propiedades de las rocas que más se utilizan en prospección geofísica son:

elasücidad (método slsmico), conductividad elécrica (método elécrico), suscep-tibilidad magnética (método magnetométrico), densidad (método gravimétrico),mdiacüvidad (método radioméhico).

Los métodos de prospección grxvimétrico y magnético estudian campos defuerzas naturales, Por otro lado, los métodos Slsmico y elécaico coosideran las

Fopiedades elásticas y eléctricas de las rocas y requieren de la introducción de

energfa en el teÍeno (Griftilhs yKing, op. cir.). Detido aque en estos métodos es

necesario generar la energla afificialmente, ta distancia entre la fuente y elreceptor puede variar, [o que se traduce en la posibilidad de interpretar las medidasde forma u[fyoca y más detallada que en los métodos de campo natu¡al.

Por ser los métodos sfsmico de iefracción y eléctrico de resistividad los más

utilizados en la ingenierfa civil, sus principios y aplicaciones se tratarán páÍafosmás adelante.

. También son empleados, auI¡que en mcnor grado, los métodos magnetomé-tricos y gravimétricos.

58 MÉTODOS DE EXPTOMCIÓN GEOLÓGICA

Una de ¡ás principales ventajas d€l_ uso de los mébdos geoflsicos es quef.af1 ::b1, c*"des á.reas y Fofundid;; ;; po"Jffirio;Il;:,;:,"

","..,iff;ff ffi':ffix*fl'J;i:J¡:foryones, i*uuon"', áái, ¿ul,L r,e- uLr.,E;iú,;;;;"r;;;;,';;::,rT;::;T:i:#ffi:W,**;L,iitr;profesiooal, Faculhd de Ingenie;a, UNAM, tSZ¡i.-

"- -¡:,s muy rmportan(e y se Dodría decüque inrlispensrble que estos métodos secomplemeoter con ¡a informlción geolégica de las p".-r,l*"á"il T o"

"*.exp¡oraciones directas (socavonertaciones. ;, t-rincheras, etc.) pa.ra hacer mejores iIlterp¡e_

- El napel del geólogo en los estudios deprospecc¡ón geolisica es eldeplantea¡problemas concretos, cuya solución requi.i. ¿á,1i.¡u r¿-*i.u, i.fi-..-*og", fu,zonas más adecuadas con base eno.t"*,i""

"r Áei,ü *i, ffi;;,.fi :yi::"' j:ilff f,H,f;"jft?ñ,r"",7momenro de ir¡rerprerar ros daros es fuodamT,{ .ilrorj; ;üjr# Jel g"orogoy el geofísico para darre un significado apropiarlo a la inforinación obúerida.

Métodos eléctricos

EIl los mébdos eléctricos, con el auxilio de una fuellte de poder se aplica una.corienre etéc¡¡ica al suelo por medio de€tecrodos: su prinJpi" r"iál" q* ,^variaciones de la conducrividad del subsuelo alterai;i;;;;;;ffi;" * ointerior de la (iera, lo qre ocusion, ,na uariación de Ia distribución del po0erciatelécr-rico. EI mayor o menor !ra,ro de ¡as an"*¿á. u'"ip.-á*lrl"iül,ll" ""

,superficie del te¡reno denen-rle del

"ré.ntu,r"rot"r"foüffiil:i"1'" rorma' localización v resistividad

Existen diferentes métodos eléctricos de exploración, Ios más útiles engeotecoia son et de resisriyidad y el de relr.to" ü;;;; ;t#ñ.,.

Mélodo de resistivi.dad

En é1, la corriente pmetra en el terren

tr¡'ffi .'gi:ffi ,',H*'J"":xr[iini;J"".'"T,'l;'""J:1H;xrtl:fl TA partir de los valorcs medidos d€ la ¡ntensidad de corriente ioducida al

f,X"",ll;1L11.,",T j"#:H,l,J"l.rasepa.ción*".i",'.i"i""oilp*¿.subsuero es hüogi;":'.,fi ;;';,?Xrl;i::iu,j.,"Tili:,,:ilÍ"?f..Jj:J¿gdel subsuelo. en caso conl-ra-rio (suhsuelo no ¡omogéneo como sucede general_menre) et. varor obrenido rJepenrJe de ra rcr,r,iui,,r,rie'i^ ojriirü.iiJiii,"r",que atayiesh Ia corriente.

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60 uEToDos DE ExpLoRActóN GEoLóGtcA

La conducción eléctrica en Ierecrorrtica. esües oáüi*i"r]iJl- li'9rfa d9 las roca§ es esencialmertero qr" ta coná;"";;;;'# f

t:f-ltus minerales) soo aisla¡rres en sl. pornormalimente arr,r"ra"-y q*irl'

re rza a bavés del agua inte¡sücial queosuertas que la hacen conducto¡ato:"^-u:i? .en .mayor-

o menor grado, salesformación ierá funJil dü;il;"i

ror consiguiente. ta resistividad rte unapo,o,i¿"¿-"r.cti,a áJ; #;H;xr:..J§ff [?;,1'.'., ".2

depende de ra

En el caso de los sulfuros metáli(,i.nan ,n aiaro poraa"r-üü;'

.^:Í¡rcos y' en el más general' de la§ roca§ orte con-

-ine.ares romai p'irüffi ;:#[:1""::;:l?1:*.1" "'"no. va que esros

.n"#l iT,lfr§,fi i,131',Ti,Hl i,l t:1.ry,o'1'r''t' ra conducción eréctrica se

'o"^, v, ^.no*

qu";j;;;;;r"áil-sl:'" I r:tT^' de becho en esr. ripo deinfluye en su resiitiv'd-o--

'-- '*uua' d grado de fisuración esel factorque másComo sepuede observar no exist

con resisüvidad. No o6.611L er"¿"n e-

L1a ley general que conelacione litologla

como et qire ta resis-ti;ñil; ffi;H::f:§*rse criterios de úpo seneral, hles

a¡ena, grava, caliza. lacronescf€ce en el orden siguiente: arcill4

- Lás rocas crishlinas üenen resistilos vatores enre los qu" a*ran ora,t"r,l'^ul9es

aÚn- mayores En la tabla4.I se danpero es posibte .il;#;i.ü l:re-sistividades de las rocas más comrnes,,uyor". o,,"nor", qr* ür?r",i#,ii'.lo

de estos tipos' con ¡esistivitla<tes

Tabl.4.l Valores ugualos d.la res¡sl¡vidad de suolos y rocas.

Para la exploración eléctrica se., *;o*;; q r"' #1il;'"l[,ili fi

u I il izan princinalm e nte dos anest osConsiste en hacer unr."¡". á".ii.i.obtener la resistivi.t,.t a ,ri",:-.^^ _,lnes

c,on ar¡eglo eleúódico de 4 polos,para obtener la resistividad a distini " -'"¿'u c¡eutxl¡co de 4 nolos.superticie. Los ete.rñ,r^. r- -^.^--:

as.Profündidades en un punto dado de Ia;:x,',','i:::,f"';'"'"",Ti::i:^ry::!ñ, üffii",""'""'j],""l"xil:x il'J,"T.*va-rias lecturas moviar¿o roa ai"at o¿l'.' osición v se romanson le¡anas, se lleoa"nn -r,,-^ - ,,-lle

codente (A' B); cuando las iecturas yason lejanas, se llega con márimo "

,n- -- -""'wxl! \^' o,,; cuanoo las lectuias ya

elecrodos de norcñ¡iol . --^ -.-^-.- La separación AB= l/5 MN se hoverán Ios

"*[,*T,Í: l:i:f.:l",," ",;", n"i;:;;ffi ffi ;ii,ü,],.:"1,".,,TflHTÍ,XU::": * il,:gr" ár..',o,ii#;J,"ililT:l j: ff:lil"",li;..quedan en una llnea con a"nno""¡on----

""'"" uu r l^trt'§' uonse Ios elecrodosmantcner el cenrrñ .t^r .--^,^ c:- equrd¡stante ,,h,,, el sondeo se realiza al

A¡cillasMargasEsqulsto§Ar€nas y gravasCal¡z6s

Roc6§ ¡ntrusivas

3- 30't0 - l0o30 - 3OO

100 . .t ooo300 - 3ooo

1000 .10ooo.

mantcner et cenúo dcl arreglo frjo y at ú.r"r.ri., l" *n*}"#:,i:,

iMEfoDos tNDtBEcTos

Arreglo Schlumbérger

F---- ----- - --t- --- -- ------l11

1>>a

Figura 4.2. Sohd€o €léckico v€rtical (SEV) con aÍ6glo Schlumborger,

,h¡h,hr---r- --l----lh=h

F¡Eu]a4.3.sondéoeléctricovertiial(sEV)coharregloWénnél.

La mejorcaliüd de las curvas de campo, la mayor sencillez de las operacio-nes y ventajas económicas hace[ preferible el arreglo Schlumberger sobre elWenner en la mayoría de los casos.

Este método es más efectivo si las fomaciones geológicas sobre las que seaplican tienen un echado menor de 30o y su resis tividad es homogénea lateralmen-ie y contrastante verticalmente. Al linal el relieve no debe ser mu y abrupto porqueno es posible hacer correcciones por relieve.

Las principales aplicaciones de este método son:

Arreg¡o Wenn€r

¡-[--f - --h

i

62 METODOS DE EXPLOMCIÓN GEOLÓGICA

' 3ilt#H:t"'t'¿Í:'

tspesorv prorundi¿1d de mare¡iares; de zonas perr¡e¿bles. Localización dc oiveles de asrránea_ -ua, existencia y proiundidad del agua subte_. Saliridad de las asuas.. Localización de ¡ñsibles zonas ká^ücas (cavemas).. p..r,Tiru.ion en ra zona tit","l ¡;i;;;;;;;:iTluu ¿u1." con er asua. Estudio de la secuencia rle est

espesor de dichos estratos. ¡atos y una estimación de la profundidad y

. Cuar¡rificación de bancos de material.

: ::-Tllz3ció.n. d: raths, diques. vel1s, ercércra.. r_reterm¡nación de algunasffonircomo es er caso;;iffi ;,;;:il,::"J;#icede

rossueros, sobre rotroarenas,

Método de caídas de potencial

lif,{l#} tj.;?#:i,;rHf ;rrJ,h,:,;: :: i:xT,}:,:.,ffi.,ff .::it :s:

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D (poleñc¡al)

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-.-^[l',':í1"í'3,,t11Í:"'?:il:il"','"T:tfJ"i]:Íi:l ot,,fsí;,,;;",";iX1,;g1,, -*"

MÉroDos tNDtREcros 63

El método permite, en ciefos casos, obteler m4yof detalle que con el métodode resistividad (como en el caso de estructuras verticates y de espesor reducidocomo fallas, diques, entfe otros). En el caso de betsiogeneidad local de los mantossuperficiales no es recomendable su empleo.

Este método tiene la ventaja dc que no se necesita conocei la intensidad de laco[iente.

Geoslsmica

En el método sfsmico se provocan perturbaciones dinánicas artificialcs en ocerca de la süperficie del teÍeno (mediante la detonación de una cargá de dinamitao el golpe de un maÍillo). Estas pertufbaciones originan ondas elásticas, tong!tudiDales y ffansversales que se registran eIl pequeños detectores o ..geófonos"

(figura 4.5).

F¡gura 4.5. Propagac¡ón d€ las ondas sfsm¡cas, (Manual de d¡seño de ob,asciv¡les, 8. 1.4. Méx¡co, DFE, 1979.)

La medición de los intervalos de tiempo que transcuIren desde que se generael impulso hasta su recepción eI¡ los geófonos col(rcados a diferentes distancias yque a su vez lo envfen al oscilógrafo o aparato registfador, permite const.ruir unagráfica de üempo-distancia conocida como drofiocrónica que pemrite detemi-nar la velocidad de propagación de las ondas er el teÍeno (figura 4.6)

Como generalmente éste no es bomogéneo, en lo que a süs pfopiedadeselásticas se refie¡e, la velocidad variará Lmto en profundidad como lateralmen@.Los límites ertfe capas de distinta velocidad por lO general coinciden con límitesgeológims, de ahfque un cofle üansversal en el que se representen las in(erfasesde velocidad puede pafecerse a un cofte geológico tr¿usversal, aunque los dos nosean necesariamenle iguales,

Las velocidades de propaglción de las ondas longitudinales permiten porcomparación, inferir los posibles tipos de materiales de cada esrato, según puedeobservarse en la siguiente tabla:

V = Veloc¡dad de propagación de las ondas i,,= Angulo crít¡cci V.

64 METOOOS DE EXPLORACÉN GEOLóGrcA

A-rc¡lla argnosr c€mentadaLtmoAluviónAluvión DrofundoDepó9¡tó o¡ac¡rrDunas -LoesArana secaAren¡scaLutitaMarEqrCaliz¿G ran¡toBasaltoDoler¡taGabrcMámolCuarolta

170- 5001000-2800975.1160

I 160-.t 280760

550-.t0001'l00-2360490-1700

500400. 475

3002400-40001800-3800. 300-47003000-57003000-50o04000-60004000-70004o00.7ooo3500-60005000-6500

- ==:---=--- : _::-=

l- l/s = 3soo m/s - vl/s = 2400 m/s = V,

F¡gura 4.5. Drcmocrónica cn elcaso der is i n eeti ns g aoiiiw' a;;;;'J#,,"ñ jf"'.::!Tt',:?tilJrulf ;l¿,§ll¡[.i,

MEÍODOS DIRECTOS 65

Mediante estas velocidades también es posible obtener propiedades de inüeÉsgeotécnico, como son: porosidad, constantes elásticas de los materiales y gfado desaturación.

Las principales aplicaciones de este método son:

. Determinación de los espesofes y estratigrafía en el subsuelo.

. Deteminacióo de la profundidad del basamento, espesores de aluvión.

. Auxiliar en la identificación de estructuras.

A contifluación se mencionan algunas condiciones que se requieren para hacerinterpretaciones más seguras:

I. En general, deben serr(rcas esiratificadas y sus echados deben variar cuar[rCo

más de cero a 35 grxdos.. La ioterpretación será mejor, mienúas más homogéneas sean las fomacio-

nes y el contfaste de velocidades enúe cada una de ellas sea mayor.. Es importante que las velocidades se vayan incrementando con la profun-didad, pues se puede dar el caso de que no se detecten cieflas capas cuandolos materiales de altavelocidad se encucntran en la supefrcie. (Como puede

' ser por ejemplo una colada de basalto.)

Métodos directos

Losnrétodos dire€tos de exploración permiten conocer las condiciones geó7lógie,a§+,geotécnicas del sirio de estudiorfr¡nediants la obsetvación.de las camc-

:tedsticas ir¿ Jirll de suelos y rocas, complementadas con laobtención de muesl¡as

de las misma§.

Se incluyer.denllo de estos métodos los levantarnientos geológicos supedi-ciales, pedo'raciónes, trillüherasi pozos & cielo abierto y socavones.

Levantamientos geológicos

El objetivo prircipal de los levantamientos gcológicos es inspeccionar y obtenerla información que pemitá definir con precisión las condiciones geológicaspresentes en la zona de estudio. Se tionen dos tipos de lcvantamientos geológicos:los supefrciales y los de obr¿r-s subterráneas.

¿) Levantamierto geológico superticial. Son inspecciones de campo para idr:n-tifrca¡, clasiticar y cartograhar las principales unidades geológicas existentes en

66 MÉTODOS DE EXPLOMCIÓN GEOLÓGICA

el fuea bajo eshdio y permiEu reconmer caracterísücas eshucturales como:rumbo, ecbado, pliegues, contactos, fallas, fracturamiento, etcétefa.

, _De acuerdo con la etapa de explor¿ción en que se realicen (véase capftulo Z),

la ot ra de que se úate y la exacútud que se requiera, se dividen en leva¡rámientosregiona.les y levanamienaos locales.

Los estudios regionales se realizan con base eI¡ mapas fotogeológicosp¡eviaüene elaborados, localizando en eltos puntos de verificaciOn. Ésios sitiosse escogen al conside¡a¡ la accesibilidad y exposición de los maEria¡es quepemitan hacer obse¡vaciones relacionadas

"on loa

"aru"terlrticur'á; ,** y

suelos.

., Las escal-as que se manejan para este úpo de levantamientos varlan de 1:25mil a l:50 milLos levantamientos con carácter locat se lleva¡¡ a cabo en áreas de extensión

reducid4 para lo cual se emplea brújula, cinta o plaocheta. Asi.¡a*o:"" utifir_escaras que varfan de l:500 a l:10 mil.

,,,Eslosléianfanien¡ospermitenconocerlasco«licionesgeológicaspa¡ticulares9^"] 1:-r,Il "]:r "oro:

exister,cia y ca.racrerfsticas de discoitinrftuo.i ¡nrp_.u*res (ra,as, üques' etc.), locarizaeión y uhicacióo de materiales de consuucción.

Del estudio defallado de los alloramierros en amUos tipos aeieÁ*,t;;;;;:se contará con información relativa a rumbo y echado <le ápas, f.act rarniento yfa.tlas existe[tes,_ubicación del lugar, separación rle fracturai, aáemas Oe enrique-cer la infoünción con datos ace¡ca de la mineralogía, textuá y

"rro"t*u O" fa"

rocas.

,,..TodastasobseryacioDeshechas,deberánquedaraseotadasdetálladamenrcenla libreta de campo, anoiando cla.ramente los iitios donde fu"ron .áirr¿^..-_ !,"-:?*r:to, 9"

fotografías durante el levanta¡nienro, com;i;;;;;""r"-&¡mente las descripciones realizadas en el carnpo.

Con los datos obtenidos de las observaiiones de campo y de estudioscomplemenh¡ios de laboratorio de las m ues t¡as colectadas, se elabóran los mapasy secciones ge()técnicas (yéase caplrulo 5).

á) Levantamiento de ob¡as subterráneas. Consiste en el estudio minucioso del

:::::.lH.lTg:. de un.socavón, salerla o rúnel, ."oiont" eio.o;á" lr,i¡rrn,crnla. y nexómeEo, su objetivo es obtener datos, relacionados con las unidadesgeológicas que estas obras atraviésan, tales como: tipo ¿" -"r, graáo j" At"*_ción, estratificación, rumbos, echados, fallas, f¡acru¡'amiento, fáñraiOn O" ugou,q¡ineralización.

-^,^ lll:"li-*"to se.puede complemenra¡ con forografías de los aspeclosrcrevantes de la excavación, o inc¡usive cofl una sccuencia que regisúe uIla oa1bT par_edes a todo lo largo de l¿ obra. fsto perrnite conierrar'u-n-iegistroobjetivo de los soca',,ones y galerías, auu cuando ya tto sean accesibles paraestudios posteriores.

- Los resultados obtenidos se integran eü las seccio[es geoÉc[icas corre_lacionándolos con los obtenidos de la exploración superficiat i i^ p".iJu"ir.""efectuadas en el área (capfrulo 6.4).

MÉtoDos o¡REcTos 67

Pozos a cielc abierto y &il:herao

Pozos a cielo'abieno son excavacioles realizadas con equipo mio*l qr" .o,efectúan desds la superftcie. del tefieno en sen¡ido vefipal, de,. profundidadyariable y ercelcionalmente.Eayor. de diez m€trost de seccióD.cuadrada aproxi-maclamente"$ I:S'it8bi rileúós pór tado. Se €mplean en estudios,,someros, enmateriales que permiten la excavación con pico,y pala" aünque algudas vecesllegan a utilizarse explosivos. Se usan tanto en la elaDa de inyestigación preliminarcomo eIl la detallada. Por medio de ellos,es ?osibte cono@r dir€ciariente I¡columria geológic8 las caracte¡ística de cada uno de los mate¡ia.les atrave,sados yla profudidad a la que se encuentm la roca sana. Se debe llevar un regisÍo de lascondiciones que muesúa el subsuelo durante la excavación.

Las yentaja§,quc"pres€nta.le.uliliaación d9 qs¡e $Étoda,bn:

. La obtención ds muestr¿§, siGemplear. Eq¡¡tlosspac¡al_de pBdorac¡én.

. La recolección de muestsos imlterad¿s (figura 4.7).

. La realización .de observaeiiones y pruobas,ir.ilu (SpT, prueba de placa,entre oras).

. La posibilidad de utilizados como f,ozos de cordación pea-eslable¡e¡ elperf¡l estrarigráfico del si¿io.

Las desventajas ,de} método siDn:

. Es demasiado lento por realizarse en forma maf¡ual y los materiales o lascoudiciones en las que se encuentran pueden variar de un día para otro.

. El costo de ¡a excayacióI¡ ssiaerementa otablemente con ¡]A pfofundidadoFsulta econémice has¡a cuafro ociseosr€tns.

. Si se prese aDBr&r¡des ca¡*os,rodados o búoques de roca, se dificutta elavancedel pozo, por lo que es necesario usar explosivos que quizá alterenla constitución de los materiales de la zona.

. Si el matefiaS[o €stáeemenlado y,la.profundidad es.gránde-se.requerir&tailemo§J..lo bEat€leveel.,tiwpo de,excaracién y el co0to.

I . Si se excava por debajo del nivel fteáüco, pueden presenta$e problemas de

I exúacción de agua o defomaciones en el suelo por el flujo rte agu4I lim¡tando de esta manera la Drofundida¡j,L-h pre,A\,,^Lil & e*ccx,¿c+t-tl¡

Trincheras Se ' {i^..'^+o p.r, ..I NAf,Son excavacio¡es.realizadas a partif dcl terIeno natura¡ con poca profundidad yalargadas; es decir, tienen una de sus dimensiones mayor a las ot¡as dos; máslargas que anchas y profundas. Su principal venhja es la posibilidad de elabora¡un perfil geológico continuo del tefreno en dimensiones (figura 4.8), pues esposible tárnbién la observación dirccta y la toma de muesras. Se puede excavaruna sola rinchera a [o largo det eje dese¿do (que puerle ser una discontinuidad)o Jie¡¡ una serie de trincheras separadas a iltervalos r¿gulates enüe sl.

68 METODOS DE EXPLOFACIÓN GEOLÓGICA

--.^_a:ra:Orói* ysarlico y pa.la o maquiraria en su excavación depende de laextensión y pmfuodidad re4uerida.

"0,.#. r"n"- rienen Iás mismas ventajas y desventajas qüe los pozos a cielo

3r#JiJflixr *"n€¡ un! muestra en (A) det ,ondo de un pozo d€ pru.ba oEn (B) de las porsdes de una t¡inchera.

AÉ

, *[T]"r:,I;;,f.:*,.ár3uor6 y lnáquoss Ér

2. cu¡dadosem€ntá €xcávese una zania atrededor de tá

Empaláiese cuidadosámeñro tá suD€¡ric¡e vmaqu€so €r contoho.tá la mu6sr;

. ti:lt'J:§: :: ffi*.;:atJi:H"iffi [:"*" '[iji[É*"xi]"fi

ffí§:lffi:,ffr¿i's:"

i:li:ii'"§¿"A.tf"JfJ:;:::Tt1T: 3. cór6s€,amu€!,rayoém páquese ra mue'.ra en ;;;á:-.;i!:i;coda¡la sira mu..r'. s€ d6;;;;: ¿;,;:;¿ "'lüñ:i.J,"'fi Hl"j:'::i:"?x,"1i[;i,.

"r r",*"r^ * o*,á.".ii"r-ñIiü

B

[i1]::,0;Í;3;-"*'un do musstras inarte¡adEs. (D€parramento der rntorior d€ Estados

Túneles o socavones

Son excavaciones Io suficienteme¡trabair.rdentro deelr; üffi;:";: f1d:' p-l que un hombre pueda

os deanchxra ydosa2.5 metros de aitura)-

/7-ra t.

.--;

MÉToDos DIBEcTos 69

Son trabajos que por su costo elevado, sólo se realizar en obras civiles deimportaDcia (obras subierráneas y presas). Cábe señalar que son sensiblementehorizontales y alargadas (um dimensión es mucho nayor a las oü.as dos) (figur¿ 4.9).Se rEcomienda sin embargo, que Gngan üna pendiente bacia afuera con ób¡eto debacer más fácil su drenaje er caso de exis tir agua o para la extracción del ;aErialde desecho de la excayación.

El número de socavones, su localización y profundidad depeiden de lascondiciones geológicas del siüo.

- Este tipo de explomciones requieren de e{uipos simples de barrenación y el usode explosivos. A veces requieren el uso de ademes (paficularmente en la enfada¡.

S¡mbología

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Falla (rellena con arcilla, esp6sorde 3 a 5 cm)

F¡$rr.4,8. Pérlil geológ¡co de una trinchera. (MenLat de d¡séño d. ob scivilés B. I .5.)

Lutitas

Cal¡zas

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70

MÉToDoS DIRECToS 71

DenEo de los socavones se puede:

. Hacer el leyantamiento de unidades titológicas, fallas, rumbos y echados, seobserva el relleno de grietas, fallas, etcétera.

. Obtener muestras para ensayos de laboratorio.

. Realizar pruebas de campo para conocer la pe¡meabiüdad, resistencia ycompresibilidad de la roca, asl como el estado de esfüer¿os irN .rir!.

. Hacer la ampliaciór de la obr¿ misma para utiliza¡la como obra defmitiyasea como túnel de desfogue, túnel de d€svlo en el caso de ul¡a presa o túnelde visita cuando se trata de üna casa de máquinas subterárca.

Aunque gstas obras de exploración son generalmente rectas, eventualmen te llegana ser iregulafes cualdo es necesario investig¿f algunas disconanuid¿des; de estamanera a partir de uI¡ socavón pueden colstruirse obfas perpendiculares (crüce-ros) u oblicuas con la finalidad antes mencionada.

Perforaciones

Después de haber realizado los estudios preliminarcs que definen ¡a factibilidadgeológica para la ubicación de una obra civil, es. rccssario,ef€ctua¡?fffo¡aeioncÉque pfoporgionan informaei(rn sobre las caracterfsticas flsicas del terroEo(permeabilidad; resistenoia) y nos ayüden a.solucionarproblemas de in¡erprota-ció[-el.sitios donde haya,du&5.

Con esa infuflnaciúRse.podpár elalrorar perfiles,g€ológioost,ss,podrá dehlhrlacolumrueoratigráfica del lúgar, y ayudaren la e¡aboración de planos geológispsy,georórenfuos.

Las perforáaione6 proporeionan inforrnación aserca de: la compos¡gión, .espesor'y ext€nsióü.do44da üua de.¡as for,maciones.del área, la profundidadSla quo se encuenra mca saaaela profuadidad rbl agua subterráno4 permir€m¡¡ar€¿lizaeión de prüebasd6.pem€abi¡idad o los registros geoffsicos de pozo; tán-bién so.obtienen muestras,a las cuales se les harfu diferentes pf¡¡ebas de labgra-torio.

Ildepeldientemente de las cafacterfsticas que se acaban de menciona¡, esposible obtener la siguiente información adicional de los sondeos:

Velocidad de ¡otación y avance

Ésta se conelaciona con el tipo de roca, en ro€as duras no muy fracturadas a pesa¡de que la yelocidad de rotación seú alÍa, el avance sefá lento, mientras que pamrocas alter¡das la velocidad puede ser muy baja y el avance alto. El registro de lavelocid¿d de rotáción y del avance, así conio cualquier cambio de los mismos,

72 METODOS DE EXPLOMCIÓN GEOLÓGICA

prop,orcionará un esq[ema de las profundidades en las cuales hay cambios en lanaturaleza de las rocas tnversadas, situación que se confirmará una vez que lasmuestfas seán recuperadas.

Pérdidd de agua (total o parcial)

La pérdida Q¡Iarcial si el gasto de retomo es menor que et de inyección; es !oláI,si el gasto de retomo es nulo. Para que esta información tenga s€ntido se debeespecificar la presión y el gasto de inyección aplicados. La información obtenidase registra a lo largo del sondeo y ayuda en la iclenülicación tle unidades litológicaspermgables, cavemas, fallas.

Nivelfre&ico y presencfu. de aguas artesianas

Es importante conocer la posición del nivel de aguas freáticas. En ciertos casos latopografla de la superficie libre del agua puede ser indicatiya de cambiosrepentinos de petmeabilitlad (frgum 4. 10).

Debido a la inyección de agua, durante la pedoración se puede medirerróneamente el nivel de aguas freáticas; por lo cual se recomienda hacer dichamedición después de un ticmpo suficiente de suspensión de las maniobras en elsondeo, de preferencia Ia mañana antes de iniciar nuevamen¡e la perfóración.

x

|/ - -t:

XX X

xx

xxxxx

Toba muy lr.cluruda

I___Nil_I ,X Xx X

xx¡X

F¡gura4.lO. Ej6mplo d6la rtlació¡ entiá laposición del nivel freático, con los camb¡osdopermeabilidad €n las rocas. (Alborro.)

Bntsco descenso de la broca

Indica la presurcia de huecos o cavemas, que en algultas tocas son pequeños comoen el basalto (producidos por desprendimiento de gases)i en las calizas se pueden

METODOS DIBECTOS 73

pfeseltáf cavemas muy gr.andes (pof disolución rtel ca cor). También puede

at¡ibui¡se el brusco descenso de la bfoca a la pfesencia de alguna cavidad hecha

por el hombre (caso de alguna mina abandonada).

Necesidtul de ademar

Al atravesar durante la pe¡foración ciertos materiales (depó§itos no cohesivos), se

p¡ede f,resentar el caso de inestabilidad de las par«le§, por'lo.que§edebe estabilizar

ia perforación con ade¡ne'o bien'con lodos ds'po¡fo¡ación '(bentoniu).Cuando las paredes del sondeo se derrumban, ta heffamienta de perforación

se atora; para recupera.r el muestreadof se utitiza agua y aire a presión.

Ndturaleza ¡le los recortes, traídos por el fluido de petÍoración

Un problema común durante un muestreo se presenta al perforar rocas esratificada§

cÑntercalaciones de materiales blandos en los planos de es tratificación; normal-

mente no se logra tecuperar nin guna muestra de éstos y se tiene como único indicio

de su presencia, el cambio de coloración en el agua de retomo.

De Las muestfas obtenidas, se determinan los parámetros ya mencionados con

anterio¡idad como son et ROD y el pofcentaje de recuperación de las mismas.

"El número, tipo y profundidad de los §ondeos.que deben ejecutársedep€nden

de la complej idad.geológica del sitio y de la importáncia de la obra. l# conüciono§geológicas, asl couro,razones de tipoeconómicp son las queejercen,rnás influen-

cia en la eleccióD del equiPo de perfofación, asl corno en la int3nsidad de su

utilización, aunque no se deben olvidar factores como tipo de material, accesibilidad

y !opqgrq6ía'' (Krynine D.P. y Judcl, W.R., Principios de geología y geotecnirt

para ingenieros, España, Omega, 1976, p.266).Es müy importrnte planear adecuadamente el número de pefofaciones y la

toma de muestras para obtener una información que dé una representación exacta

y verdadera de las conrliciones del subsuelo, sobre todo si se tiene en cuenta el

costo tan elevado de este tipo de exploraciones.

Métodos de perforaciÚn

A continuación se describirán lo§ métodos de fErlbración más utilizados en

geotecnia; éstos consiste[ básicamente en tfes:

Percusión (dinámico)P¡esión (osáricdRoláciln

74 MÉTODOS DE EXPLOHACIÓN GEOLÓGICA

- Percusión. Consiste en hincar en el rcrfeno un pelet¡úmero por medio delimp¿cto de una masa. El mérodo más difundido ., r" p*"üil ,áii"",0,estándar (figura 4.11).Presión E¡r este caso el pelleEómeEo se hinca directamente eierciendo

q19sión en el te¡reno. En esre caso et p.n.,rorn.uo nounoel. "ioJ

ri ,"^difundido (figura 4. l2).

estándar

Figu.r_a .1.'l l. Pruoba de p€netración estáhdar. (petrd¡eos Mexicanos, Explo_tacton y ¡nueslrco én suelos pah prcyeclos de cinentaciones, uaxicoi,lsiJ.¡

METoDOS DIRECToS 75

Tubela axisr¡or

Tub€rfa inl€rior

A50.

Ccno de penetrac¡ón

q ,esisüancia ds punlaf. fricc¡ón lateral

],.*

b)

holandés

c) Cono dé op€rao¡ón

F¡gu,a 4.12. Operación d€l cono holandés. (Ma nualdediséño de obras c¡y¡les,8.2.1.1

Rotación. El motor está couectado a una cabeza de rotación que hace girar latubería de perforación con una corona en su extfemo inferior que corta, desmenuzay muele el teneno (figura 4.13).

A,50"1

14a) Cono

76 MÉTODOS DE EXPLOMCIóN GEOLóGrcA

wWm

@a) Máqu ña p. orádoráb) Múe*eadór r.6 b.oca dé dla6áñr.c) M0óslrc¡dorlpo cátr¡d) Algu¡os irpo. d. brocás

b)

d.l.v.do y muntotohe

I]i:Lii fili;,511,1,1;5Í""§?i.¡,: i:i"r:,i,. (Juárez Bad¡,o v Rico , a.A., Mecán,a dé

MÉfooos DtBEcros zMuesúeo

Los procedimientos de muestreo son las técnicas que se aplican para obtenerespecfs¡enes alterados o inaltetados a diferentes profundidádes del subsuelo conlos que posteriomente se realizan pruebas de laboratorio para conocer susFopiedades fdice y mecánicas (Capftulo 6).

De acuerdo con el M¿nual de diseño de obras citiles (8.2.1.),las muestraspueden ser a.lteradas o inaltemdas:

Muestr¡¡ ¡lterad¡s. §on muestras cuyo.acomodo estructufat se pierde a cOnSE-cuencia dssu exfacción; se utilizan en el laboratorio pa¡a identificar el tipo desuelo o roca a que corresponden, pata reálizat pruebas índice y someteilos apruebas mecánica§.

I

Mltesh¡s lnslteradas. SoIl muesúas donde el material ha sido sujeto a r¡napequoña alteración y el contenido de humedad es conservado hasta el máximoposibfe. Son usadas para determinar propiedades físicas de los materiales, ademásde efectuar pruebas lndice y mecánic¿ls.

Muestreo en suelos

Métodos de perforactón con muestreo alterado o ¡lestntctivos

Métodos manuales y mectinicos

Las muestras obtenidas por medio de estos métodos son alteradas, pero sonrepresentativas del suelo en lo refercnte al contenido de agua (Juárez Baclillo yRico Rodrfguez, op. cif., p. 6i6), por lo menos en suelos muy plásticos.

Las herramientas más utilizadas son la pala posteadora, los bafrenoshelicoidales y las cucharas muestreador¿rs:

. Pa.la posieadora. Son muy usadns en México (véase figura 4.14). Ésta sehace peneüar en el te[eno al ejercer un giro sobre la manija superior,adaptada al exüemo supe¡ior de la tubería de perlbración.

. Barenos helicoidales. Dependen del üpode suelo apeneúary son acciona-dos pormotoromanualmente;son u(ilizables solame[te por ariba del nivelfteático y donde no haya arcilla blanda o gravas gruesas que entorpezcansu avance. El principio de operación resulta evidente al ver la frgvr^4.14.Un factor impoftante es el paso de la hétice que debe sef muy cefado palasuelos arenosos y mucho más abie¡to para el muestteo de suetos plásticos.

. Cucharas muesreadoras. En la figura 4.15 se muestra dos tipos de cucharasmuestfeadofas, éstas se montiur en una ba¡ra maesha y se hacen gi¡a.r

78 METoDoS DE ExPLoMc¡ÓN GEoLÓGICA

gradualmente, mient¡as se gotpea el fondo. Cuando la cuchara esá llona sevacla simplemente volcándota. únicamente se utilizan por encima del nivelfreático; siempre que no se encuenúen boleos es muyipida.

r,as muestras obtenidas por medio de.,cucharas" esfán más alteradas que lasobtenidas con barenos belicoidates y posteadoras; la razón es et efecto OÉiagua_que

enra en la cucharajunto con el suelo, formando una seudosuspensión pafcia¡del mismo. Estas m uesúas sólo son apropiadas pa¡a hacer clasin"u"iOn J"fipo Oesrrelo

b) Barrená hel¡coidat

Figura 4,14, Herramionta manual de peloración. lwahual de d¡_se,,ño de obras c¡v¡les B .2.1 .)

Método de layado

Consiste en perforar con una columna de tubos que lleya en la parte ir¡fedor un

::t"-":":,,lt"r: g:punra cota de pescado, cincil o c¡uz. con o.in.io. ir" ¡*r_m¡ten ta salida de¡ fluido de perfomción í]gura 4.1ó).

MÉTODOS DIRECTOS 79

á) D)

F¡Eura 4.1 5. f¡pos de cucharas muest.€ado6s.(Juár€z Bad¡llo y R¡co, B.)

F¡gura 4.16. Tipos de trépanos uül¡zados 6n el método ds lavado. (Petrél€os Msx¡-canos.)

La acciór combinada de percusiór y de chiflón pennite cortar el material, que

es lleyado a la superficie por el fluido de perforación, el cual puede ser agua o lodo(Petróleos Mexicanos, Explaración y muestreo en suelos para proyectos de

cifiunfaciones,lay zarsü,tf,1975, p. 29). El equipo que se requiere se muestragráficamente en la ñgura 4.17.

Este procedimiento de muesEeo es utilizable en arenas no muy cementadas

cor¡ pocas y pequelas grav'm y en suelos cohesivos abajo del nivel freático. Ensuelos inesiables se puede ütilizar ademe metáIico o lodo para mantener lasparedes de la perforación.

ruffi

80 METOOOS DE EXPTORACIÓN GEOLÓGICA

Es de tos métodos más uiilizados en la exploración de suelos, ya qrc el equipoempleado es ligefo y pucde tansporta¡se a sitios de diflcil acceso. ..Es elprocedimiento más rápido y económico paft¡ conocer aproximadamente l¿esratigrafla del suelo" (Juárez B adillo, E., y Rim Rodrfguez, úrd., p, 61 g). Se usata¡nbién como ayuda para avanzar con mayor rapidez en ot¡oi métodos <lepe¡foración.

. . Asimismo se aplica en aquelios sitios localizados en el litor¿l que van a ser

L,"^.,"",.."",",."

Figura 4.17. Equipo nec€sario on el método de lavádo. (petróleos Mex¡canos,)

P e n e t rac ió n e st dndar ( d in(tmi c a )

Este método consiste en hincar en el teneno un peneuómero o muesteador po¡medio de percusión, obteniendo asf mucstms alt¿rad¿Ls representatiyas del sueto,se utiliza principalme[te en arenas y en suelos limoarenosos.

La prueba consiste en introducir en el tcncno por medio de golpes unpenetrómero colocado en el extremo dc la tubela de peforación. Los iolpes sonproporcionados por u n martinete de 64 kilogramos qul cae desde una al"tuá ¿e 76centfrnerosies hecesario conta¡ el númcrode golpes requeridos para que penetren

MÉTODOS DIRECfOS 81

los 30 celttnetros intermedios. Después de penerar 60 centlmetros se saca elpenetfómetfo y se extfae la muestra de é1.

El muestfeador o penetrómetro es6ndar debe sef de dimensiones estableci_das, puede ser un tubo liso ente¡o o de media caña, el cual está partido lon_gitudinalmente pam facititar la extracción de la muestra. La zapata por donde se' introducirá la muestra es de acero endurecido y es sustituible- t¿ válv[la de lacabeza funciona evitando que salga la muestra.

Es conveniente realizar est¿ prueba en cada estrato impoíánte.Después de sacar el muestfeador, se precisa efectuat uoa ampliación del Éozo

de perforación con métodos rotatodos, paÉ evit¿¡ f¡icciones excésivas en el tubo,La interyrelación de la prxeba so lleva a cabo al elabo¡ar un peffil en el que

se confrontan el número de gqlpes con la prol'undidad; este perfil acompañado rlela clasificación de los suelos, el contenido de agua y otras propiedades,.permiti_rá la determinación de la estratigrafía del sitio (véase tigu¡a 4.1g ¿r).

La utilidad e importancia de ta prucba de penetración e,§tándar radica bn tascorrelacioles enconl¡adas en el campq y el laboratorio en diversos suelos, quepermiten relacionar aproxirnadamente la compacidad y el.ángülo,de fricciénintema F, en arenas, y.el valor de la resistelciaala compresión,slm,plé en aicfllat,con el número de golpes reccsarios en ese s.uelo, para qúe et pctfetlóñero *tándárlogre entrar los 30 certfmetros especific¿rdos. La figura 4.lg á representa resul_tádos experimenhlcs que demuest¡an que el número de golpes eoÍesponde adifer€ntes compacidades relativas, según sea la prEsión venical actuanteiobre laarena, la cual, a su vez, es función de la profundidad a que se haga la prueba.

En a¡cillas las comelaciones no son dcl todo confiables pues hay muchadispesión y deben usa¡se con cuidado. para pruebas en arciltas, Terzaghi, K. yPeck,R.8., Mecdnica de suelos en laingeniería pr(ictica, Arge\tina, El Ateneo,1976, dan Ia corelación que se presenta rt conlinuación:

CONSISTENCIA Ne DE GOLPES (n)RESISTENCIA A LA

COMPBESIóN SIMPLE(qu) kq/ch,

Muy blandaBlandaMediaF¡rln6

Muy f¡rme

Dura

<22-44-A8-r5

15-30>30

< 0.250.25 -0.500.50. f.0't.o- 2.o2.O - 4.0

> 4.0

Barrena tricónica

Consiste en perfotaf mediante una columna dc tubos en cuya p¿ute infetior lleyauna broca tricónica o una broca drag (figura 4. I 9). para enfriar la broca y aras trarel material cortado a la superficic sc inyocur agua o lodo.

TORCóMETRO SV XCOIiIP.SIMPLE qu/2"

. I kgr'cn, 2T§.I

TS-2

F-]0

F-15

F-19-F-20

F.21

F-22

F-23

F.2S

PEMEXPEBFIL ESTNAIGRAFICO

FECHA OE EJFCUCIÓfl EoutPo PERFo¡Áctót{FECHA IAEORAfOSJO

s0l/DE0

Figur.4.l8a. Gráf¡ca dé una prueba de pénettación 6stándar. (peiról€os Mexicanos,)

N 1úmero do golpes para 3Ocm de penetración(pruéba d9 ponetracióh €stándar)

ü 9.S g.

i &H3, -E óE 6-O;I§ 9

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-of iE8: íd 5§e

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Ptssión vertical, en kg / cm2

84 METODOS DE EXPTOMCIÓN GEOIÓGICA

Bñtc¡ ülcó¡lc.gaoc¡ d¡¡g

FiEun a.l_¡. T¡pos d6 brocas ut¡l¡zadas én el método d€rotac¡ón, (petróláos Méx¡canos.)

^- .-l. r:qyj.ry-r*.áquinadeperforación

rot¿riaque generalmente vamonhdaen un camión (figura 4.20\, para rearotacion, inyecia,io-o agulí #"";#íf.[f#ff l1'#XÍ:i:f"1Xfr :l Jnivel freáüco; abajo de ese niyel rrrede ur*-*" rgrr o rJo ffi .* r"1""i"0,.,0,de estábitidad de las paredes.

-- -,I^l1fuo g. -tación con aguao lodo es aplicable en casi todos los tenenos;en suelos granulares se ütilizan lodosIas pafede§ de Ia perfüación.

densos o ademes metáIicos para esEbilizal

Métoilos de perforaclón con muest¡eo inaherado

Debe teners€ muy en cue¡¡h que de ningú[ modo y bajo ninguna circunstrnciapuede.obtenerse una muestra áe suelo que pueda ser riguroscmente consideradacomo inatrcr¿da. En efe¡m, siempre serd neáes"i" "_oi"ilátro,i il.r"r,""i *,

MfioDos DtREcros ss

medio de herrmnientas que alteran el estado de esfuerzos en el qae se encuent¡asujeto, asf como el co¡tenido de agua (al permitir evaporación). .

Por Io ¿nterior, cuando se hable de muest¡as ,,inalieradas,,,'sC debe entender

e¡ realidad como un tipo de muestra ob@nida por cierto procedimiento que tratade hacer mfnimos los cambios en las condiciones de la muesÚa ja sirf sin in_terpretar la palabra en su senüdo literal.

Figurá 4.20. Operacjón del€quipode perrorac¡ón a rotac¡ón. (petÉloos Mexicanos.)

Tubo de pared delgada (Shetby)

Actualmente existe una gran variedad de modelos de tubos de pared delgada y esfrecuente que cada institución especializatla desarrolte el suyo propio.

-De manera general consisten en un muestreador que se tomilta en la parte

inferior de la tuberla de perforación. El muesúeador e; un tubo de acero o tatónde diámetro exterior variable entre 7,5 a 10 centfmetfos, de espesor máximo de 1 .5mm y longitud entre 80 cm y un meto. Es común cortarlo l,ongitudinalmente dextraer la mu€§ta cuid¿ndo asl el efecto. de.fricción laterd.

Se hinca el muestreador ej crcieJ¡do_u na pres ión coniinua de una manera Ienta,a una velocidad consIante entr(15 y 30 cmñtp se hace reposar un cieñ,o riempoaumenhndo asl la adherencia, y de-l¡Iq§j€Ela el muesheador para cortar la basede la muesra y extraeda. En la fiCura 4.p1 se muestra un esquemadel tubo Shelby.

r'€,, sc*, , c'\ - .v:C-e, r -. , l.\\., .r .,,,,,. \ dj

86 MEÍODOS DE EXPLOMCIÓN GEOLÓGICA

Este tipo de muestreador se utiliza pri[cipalmente en suelos cohesivosblandos o semiduros, sin importa¡ que se localicel encim¿ o debajo del niyelfrático.

r-lr'"_fl____-L"'"'"'""""'_[*T

EH{f,

F_igu.e 4.21. Tubo de parEd delgada (Sh6lby). (Manuat de d¡seño de obras c¡v¡lés,8.2. r.)

Muestreador de Denison

Como se indica en la ñgura 4.22, el muesEeador consiste en dos tubos concé[úicos.En el interiof que se hinca a presión, se fescata la muest¡a de suelo; mientras queel exterior, con la broca de corte en su extremo gira y corta el suelo que lo rodea.Para opera¡ este muestreador se hace circular fluido de perforación intre dichostubos.

MÉroDos DtREcros s7

2

F¡gura 4.22. Muestrgador Donison. (Manual de d¡ioño de ob¡as c¡viles'\

88 METODOS DE EXPTORACIÓN GEOLÓGGA

Los detritos son expulsados del Dozo Dr¡e art.,rná( ,a.ri-- r- .. or el agua inyechda enEe ambos tubos,

i^"\:,*y3":*y.ia¡u¡c¡on¿eenrria¡l;r;il;::;ffi ffi f,})[]:de obras civiles,8,2.1, Ia cat"za O"ii---'* 'q v¡w4' rsÉur¡ Et Mawuat ae dtseño

co[tm¡á t, ñ ci^iÁñ -r-]¡,,^ --&- - ,lu:§.u€ador. tieng una tuefca de aju§te que

:::f]:.: T.:l:1.: :yuva entre $ros rubos; ;r, Ji"u"l,li"i ñ;#:T:::::mf,:,ly"11lf*"r,:,.^ei"noot" oo ioilu u ffi ;il ;"t'HHl,",:""rT111"]q ry te pueda ocasionar et fluiOo Oe perroraciOn_

*lj::-1 llrae rer,rex p. ár, es ilnpon_t",Juriu oistancia entreel tubo int€fior y ta broca de acuerdo' ¡d ra urs,nc¡a en¡f'

sionie¡ré r,!.r.. con el tipo de¡uelo, como se anota en lasiguienE abb: i\

Este muesbeaddr se emplea prefercntemen¡e en arcillas duras, limos comDactadosy en arenas atgo cohesivas en rlónde ot¡o, .r.r""",r.i", iJ pi"á"ffi"."rr.Muestreodor pitcher

Es similar aI Denisoo, excepto porque la posición del tubo interior se reAula connn resofle axial; mienras que el ex¡erior,."", L Uaau,l. a"n"!, ,r ar"l"r", ,r*y corta et sueto alrededor (véáse fisua 4.23). su .p;;;;;;ri_i ,li"u,¿, o"fluido de perforación

, . De gran utilidaden suelos de diferenEs duezas y espesofes, pues en suelosblandos funciona como un rubo shelby y ",

,r.b;;;;';;;;ffi';L*".Denison cort lo que logra buena calidad de muestras.

Muestreo en rocas

En la exploración geotécnica es csimurrauárnente poi;l#; ñ::lÍl"T#.','fl ,::, ::[:,::11i,,:,?,,tfi:que llevan en su extremo inferior ur¿tl*:!:-*q,^-ffi'üil,]ll*[ii[xfjitr ji,I*osüpos:de

r_a trgura 4.13 present3 el eou.,áq:iry,ü p",ro'""¡0" ;il;;:üffJffi#.:iXil,iJ,liiá"lli"'0". ","

. Eléxiro de una perfo¡ación rotaüria deri.r¿. ¿.l"qriiii¡"á-¿'iá, r.",o..r,velocidadde roláción. presión del agua y presión sobre la broca.La velocidad de rohción va a vi¡iardi ac*.d, ""rl"á'r*L ¿e h roca poratacar y el diámero de Ia broca como se inotca en Ia siguie;;;ü.*'*

METoDos D¡BEcTos:

8S

DUBEZADE LA FOCA

VELOCIDADDE RoTAcIóN

VELOC¡DAD TAN.GENCTAL (M/SEG)

vELoctDAD RoTActóN (npM)

otAMETRo N. DIAMETRo B.

Muy duraDura

Blahde

A¡taM€diaBaja

4,02.11,2

1000550300

. l25o650350

F¡gura {.23. Muestréadot Pilchét. (Manuatde obras civiles,8.2.1,)

. De acuerdocon lapágina8l del manuat de PEMEX, el gastode aguao delodoinyectado en forma continua con el objeto de arrastrar el material ;ofhdo y deenfriar la broca debe ser de 0.3 a 0.6 nflseg, según seá la dimersión del espacioanular y considerando que se Eate de agua y que el mmaflo me¡tio de losftagmentos sea de un milfmetro.

La presión que se ejerza sobre la broca depende de la dureza de la roca, elnúmero de diamantes qlle tiene la broca y la fueza que pueda aplicarse a cadadia¡nante.

El equipo de perforación ro tatorio tabaj a usualmente en cuat¡o diámetfos, enla tabla 4.1 apareaen sus dimensiones usuales y sus nombres tfpicos.

90 METODOS DE EXPTOMCIÓN GEOLÓGICA

Tabla 4.1 D¡ámetros ut¡¡izados én la porforac¡ón.

BROCA DIAMETRO EXTENIORDEL ADEME

DIAMETNO EXTER¡ORDE LA BROCA

DIAMETRO INTERIORDE LA BNOCA

mm pulg. mm PUIg. mm pulg. .

EXAXBXNX

46

89

1 13/162 114

27lB3 1t2

47.55t.575.5

115/3217/A

212132'I 6t/64

20.520.54255

27t321 3/16

1 21t322 st32

t,

il;'iri

lll

ri

l

En la exploración con fines leotécnicos es recomendable utilizar el barrildoble gi¡atorio y obEner muestras ñxt . ia

"¿¡¿a¿ ¿"r ."",t

"" Jffi;'.T,::ffi;.;l*iftfllsJ#,tr"1f"

Muestreadores convencionales

En la figum4.24se muestra los bariles sencillo, doble ngido ydoble giratorioquepueden ser utilizados en rocas semirtums a duras, de acuerdo c on á Manual dediseño de obrus civites,8.1.4.

a) Barril simple o sezcjl/¿. Es el más rudimeohrio y por tanto el más ba.rabde los mussr.readores. Es úril en.los rabajoru. *r,"i",i"-, _"iii"iuouosólo inreresa er bar¡eno protrucirJo. para m*.*,1, ,¡.".lá ti",ii.li.*i"de que et fluido de pertoración ..,¡ .n .nn,r.ü jir;;,;;;;;,il:r".,originándole lorsiones y erosióu dct agua qr" p-;;;;;;;;:'; il:;..r-dimicnto del material que Ia forma. l

b) Ba¡ril doble. Cotéste se elimina.lflacción erosiva del fl u ido de perforacióny se obliene un mayor porccntaJe de recuperación dc muesúa que con elsencillo. Consisre esencialmenti rtc un luür.*rirr;.;; ffi:#;;ru.so recupera el núcleo; se fabrica en dos tipos:Barril doble rípirlo. En este rin6, g¡ ¡u¡o inte¡ior está rígidamente unido ala.cabeza del mueskearlor de Ll forma que girajunto con el lubo exfcrior,Tiene ta desveotaja de que et núctco quiua:il;," ;rj;'* i;?J:t:, u.las pa-redes interiores del tuhccai¿a¡ sora*enie en ,ffi;:,1,T:;1i: recupe¡a muestras de buena

Barril doble giratorio. Én este caso el mecílnismo permile aI fubo interiorpermanecer esútico, eliminand(, así los esfue¡jos ;;-#ñ ü *presen.un en los anreriorcs. nor Io cual sc rien. unu,,*rt u'cá;luH;"r,alteración posible por lo que es el ,nf, ,e"o..n¿aU[ "r-"_r,r"ar"¡0"geoÉcnica.

,:,

MÉTODOS DIBECÍOS 91

c.b.:a d. baril

' erúel!"giEg¡g

Figura 4.2{. Barrilos muostr€adores convencionales. (Manualde d¡seño de obrasc¡v¡les,s. t,4.)

Muestreadores no convencionales

a) §erie M. Este grupo de bariles muestreadores desarrollado por Sprage andHefiwood, I¿c. se diferencia básicamelte de los convencionales porque

tiene una extensión de tubo interior que llega casi hast4 la broca, con Io cual .

se logra que el fluido de perforación entre en conlacto/Sólo con una peq ueñapafe de la muestra altes de que ésla peneEe el túbo interior. Para este

grupo se tieneo dos tipos como se muestraen la qgura 4.25. Son útiles en

la extracción de muesúas de materiales fácilrnente erosionables.

92 METODOS DE EXPLOMCIÓN GEOLóGrcA

B.¡rit.. d. sÉri diáñ.rD

C.ná.tifl. p.r. Et n.r mu..r,¡

F¡gur¡. 4,25, BalIiles muestr€Edor€s nrcN es) 0 co¡venoionales. lVanual de diseño de obh§

b) Setie Xl,Es¡edig¡ño dcsarollado por¿ ong year. Co. introtluce arribadelsistema de baleros axiales una válvula de hule, lo suficieniemente blandapara expandirse aI recibir un bloqueo en el tru. i, Lii*, "li'^"i"á1"¡""""

MEfoDos DtBEcTos e3

ftacturadas, al deslizarse un fragmento de roca con el tubo contiguo originaun bloqueo que impide la entrada de la muestra en el tubo interior. Esto essuficiente para que empuje el tubo interiot hacia la cabeza del ba¡ril,originando que la válvulaproduzca el cierre de ta circulación del fluido deperforación, lo que es avisado al operador en el manómetfo de la bomb4procediendo de inmediato a retirar su ba¡ril <!el fondo del barreno, paraliberar el bloqueo, eliminando al máximo la pérdida de muesÚa y elevardola eficiencia en la perforación. S u uso tiene resultados óptimos en barrenasverticales de formaciones suaves o muy fracturadas.

c) Wie line. Su diseño emplea las modificaciones de los ba[iles M y ¿además de la utilización de ün anillo centrador que permite la perforaciónen cualquier ángulo hasta el horizonta.l, evitando la desviación del tubointerior por efecto de la gravedad: hmbién recurre a un sistema de ségurosque permite la extracción del muesúcadof tlesde la superficie mediante unpescador ünido a un cable de acero sin necesidad de extraer la tuberfa deperforación, redundando en una mayor velocidad de perforación y mejorestado de las puedes del pozo, así como mejoras en la recuperación de lamueslra (véase ñgura 4.26). Es conyeniente usar este sistema para perfo_raciones mayores de 30 metros de profurdidad.

A Triple tubo. Este tipo de muesteadores incluyen un tercer tubo o camisadelgada que sirve de forro o cmpaque a la muestra tecupe¡ada.

Brocas

Como ya se mencionó existen ya¡ios tipos de brocas: de diamante, de carburo delungsteno, de acero duro o del tipo cálix.

- Paraeleqi¡ el tipo de broca que ha de usase deben tene¡se en cuenta (segúnel manual «le PEMEX, p.77) las siguientes caracterfsticas: ,

¿) Núme¡o y tamaño de diaman¡es, q ue se pucde delinb por medio de la tabU 4.2.,) Iádurezadel metatde la matiz en dondc se em¡rorranios rliamantes (ta!la4.2).c) La forma, ya sea convencional o escalonid.r, puede tener un ñúmero

ya¡iable de canales para la salida del ltuido de perforación. Según elman[al de PEMEX, la forma escalonada reduce láus vibraciones biandascon un avance fápido, mienras que la convencional se utilizaen formacio-nes duras y fracturadas.

d) Además según ta dureza de la roca por atacar, Juárcz Badillo y Rico tEco_miendan en lapágina 629 deMecdnica de suelos que: en rocas duras usa¡brocas con corona de diamante: que teng¿rademás diamantes en el interiorpa.ra reducir el diámero de la mucsüa y en el €xtetio¡ pafa agfandat la

F¡gura 4.26. Sistéma W¡E t¡ne.lManual de diseño de obtas clv,ü€q 8.1.4,)

MÉToDos DIREoToS 95

perforación pemitiendo asl el paso del muestreador con mayor facilidad.En rocas medianaments dums es suficiente eü¡plear brocas con inserciorcsde carbüfo de tungsteno en la corona En ¡ocas suaves como algunaslutitás, pizarras, etc., hasta usar brocas de acefo con dientes de sieÍa.

Tabla 4.2 NúmEro ds diamant€s/l¡po do roca.

PE

TRo

R

Ff

noc^PG

A

cALI

zA

ooLoM

IA

P

I

z

R

R

E

soU

I

sTo

Ir-cA

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AAE-llt9,cA

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M

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t¡E-D¡/T

G

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DU

R

E

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BlandeM6dio dura o o o oDura o o oMuv du rá o oExlr€mada-mento dura o oNo abrasiva o o o

st-

DAO

Modoradaabras¡vidad o o oAbhs¡va o oMuy ab¡as¡va o o o

ES-G rano muyqrueso

rlrBlGrano qru€so oGr¿no medio o o oGrano f¡no o o oDenso o o o

e

=

ó

=ó

=

CALI.DAD

Extrá o e e ePrim€ra o e o o oSegunda o o

ñoPIE.

10-1525-m20-3030-4040-60

M

TRI

z

Nor¡al h 20-«) A^

A Á A

Dura h 30-40

^ ^ ^ ^Exira-

dura h 40-50 A^ ^

Á

(P€lniloos Mex¡canos.)