GEOLOGIA

UNIDAD 6

INTEGRANTES DEL EQUIPO*ROSARIO FLORES FLAVIO URIEL

*REYES CASTRO PEDRO LUIS

*HERNANDEZ VIERA WENDY MAGALY

EXPLORACION Y MUESTREO DE ROCAS Y

SUELOS

¿CUAL ES EL OBJETIVO DE LA EXPLORACION DE SUELOS Y ROCAS?• EL OBJETIVO DE LA EXPLORACION DE SUELOS Y ROCAS ES FACILITAR AL

INGENIERO LOS DATOS CUANTITATIVOS DE EL SUELO Y DE LA ROCA DE EL LUGAR DE TRABAJO, PERMITIENDOLE FORMARSE UNA IDEA CLARA DE LOS PROBLEMAS QUE SE HAN DE ESPERAR EN CADA CASO EN PARTICULAR, PARA DAR RECOMENDACIONES PARA LA CONSTRUCCION DE LA OBRA.

• EN TODA OBRA DE CONSTRUCCIÓN EL CONOCIMIENTO GEOLÓGICO ES IMPRESCINDIBLE, EL CUAL SERÁ PREVIO A CUALQUIER ACTIVIDAD REALIZADA DE LA CONSTRUCCIÓN.

NÚMERO, TIPO Y PROFUNDIDAD DE SONDEOSEl número, tipo y profundidad de los sondeos que deban ejecutarse en un programa de exploración de suelos depende fundamentalmente del tipo de subsuelo y de la importancia de la obra. En ocasiones, se cuenta con estudios anteriores cercanos al lugar, que permite tener una idea siquiera aproximada de las condiciones del subsuelo y este conocimiento permite fijar el programa de exploración con mayor seguridad y eficacia. Otras veces, ese conocimiento apriorístico indispensable sobre las condiciones predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los sondeos de tipo preliminar.

El número de estos sondeos exploratorios será el suficiente para dar precisamente ese conocimiento. En obras chicas posiblemente tales sondeos tendrán carácter definitivo, por lo que es conveniente realizarlos por los procedimientos más informativos, tales como la prueba de penetración estándar.

Un punto que requiere especial cuidado es la determinación de la profundidad a que debe llevarse la exploración del suelo. Este aspecto fundamental, cuyas repercusiones pueden dejarse sentir en todas las fases del éxito o fracaso de una obra ingenieril, tanto técnicas como económicas, está también principalmente definido por las funciones e importancia de la obra y la naturaleza del subsuelo

SUELO ARCILLOSO

SUELO ARENOSO SUELO ROCOSO SUELO LIMOSO

DEFINICIONES• EXPLORACION: método por el cual se recopilara

muestra para su estudio • SONDEO: mecanismo con el cual se obtendrá

una muestra de suelo ya sea inalterada o alterada

Muestreo de suelos: Los trabajos de muestreo de suelos tienen por objeto obtener la información necesaria para conocer los siguientes aspectos de los depósitos de suelos identificados en la etapa preliminar del estudio geotécnico:

DEFINICIONES

Estratigrafía del sitio: ES una Clasificación geotécnica de los suelos que forman cada estrato o lente,Compacidad relativa. consistencia de cada tipo de suelo identificado en el perfil estratigráfico. Resistencia al esfuerzo cortante, compresibilidad y permeabilidad de los suelos de cada estrato.

DEFINICIONES

DEFINICIONES

MUESTREO DE ROCA:Se utiliza generalmente un barril muestreador provisto de una broca de diamante o de carburo de tungsteno en su extremo inferior. El barril muestreador mas adecuado para propósitos geotécnicos es el llamado Doble barril giratorio, el cual permite recuperar la máxima longitud posible demuestra, según la intensidad del fisura miento y grado de alteración de la roca perforada por el barril.

DEFINICIONESCon base en la longitud de la muestra recuperada, por el barril muestreado, y el tamaño de los fragmentos de muestra obtenidos, los cuales son un reflejo de la intensidad del fisura miento natural de la roca y de su grado de alteración, se obtiene el índice de calidad de roca (RQD por sus siglas en ingles), el cual se define como la suma de las longitudes individuales de todos los fragmentos de muestra que exceden de 10 cm de longitud, expresada como un porcentaje de la longitud perforada por el muestreador. Se recomienda utilizar un muestreador cuyo tubo interior tenga una longitud de 1.50m y diámetro interior no menor de 57mm, con el fin de reducir el deterioro de las muestras que se producen en los muestreadores de diámetro menor.

• MUESTRA ALTERADA: se define como aquella donde parte de ella o toda, ha sufrido una alteración tal que ha perdido la estructura que poseía in-situ, estas muestras no representan de forma real las propiedades ingenieriles de resistencia y permeabilidad del suelo.

DEFINICIONES

MUESTRA INALTERADA:Una muestra inalterada generalmente es usada para los procesos de identificación y caracterización del suelo. Las muestras inalteradas también son usadas para preparar especímenes de laboratorio y evaluar en ellos propiedades de permeabilidad y resistencia mecánica, cuando la destinación del suelo sea como elemento de construcción.

DEFINICIONES

METODOS DE SONDEOS EN SUELOSSONDEOS PREELIMINARES

LOS TIPOS PRINCIPALES DE SONDEO QUE SE USAN PARA FINES DE MUESTRO Y CONOCIMIENTO DEL SUBSUELO SON:• POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO

ALTERADO.• PERFORACIONES CON POSTEADORAS,

BARRENOS HELICOIDALES.• METODO DE LAVADO• METODO DE PENETRACIÓN ESTANDAR• METODO DE PENETRACION CÓNICA• PERFORACIONES EN BOLEOS Y GRAVAS (CON

BARRETONES).

POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO ALTERADO

• Son excavaciones de dimensiones suficientes para que un técnico pueda bajar directamente y examinar los diferentes estratos. El cual debe de aplicar bien su criterio al analizar el suelo y llevar un registro completo de las condiciones del mismo en sus diferentes estratos como son la humedad, color, estado natural.

• Si se tienen suelos friccionantes bajo el nivel freático y se requiere ademar, puede usarse madera o acero, por lo regular el ademe se hace con tablones horizontales y/o verticales bien hincados.

POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO ALTERADO

• Al obtener muestra en este tipo de sondeos, debe tenerse cuidado que sean representativas del estrato en cuestión, éstas se protegerán en frascos o bolsas emparafinadas para conservar lo mejor que se pueda la humedad natural de cada muestra.

POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO ALTERADO

Una vez obtenidas las muestras y efectuada la clasificación de campo correspondiente, las excavaciones se deben proteger con postes y alambre de púas, con el objeto de evitar el acceso a ellas; cuando se terminan los trabajos se rellenan en su totalidad con material producto de la excavación.

POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO ALTERADO

PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS HELICODALES O METODOS SIMILARES

En estos sondeos exploratorios la muestra obtenida es completamente alterada, pero suele ser representativa del suelo en lo referente a contenido de agua, por lo menos en suelo muy plástico.

Para profundidades hasta de 5 metros y tratándose de terrenos de consistencia corriente, se usa la sonda de mano que es manejada por un solo obrero, como puede observarse en la figura.

El equipo de sondeo está formado por un aparato de rollizos. La barrena penetra en el terreno por simple rotación ejecutada a mano. Hoy en día hay otros métodos a motor y aunque sus útiles no han variado sensiblemente, la operación se hace con más rapidez.

A continuación presentamos los barrenos más característicos con que se ejecutan los sondeos.

FIGURA 6. Barrena para tierra llamada de plato o hélice. Se utiliza en terrenos vegetales o en los formados por arcillas, arenas compactas o graves, puede penetrar hasta una profundidad de 2 metros.

•Barrena de caracol (fig.7) para terrenos coherentes e igual profundidad que la anterior. •Barrena cilíndrica fig.8 que se emplea para mayores profundidades.

•Barrenas de cuchara (figs. 9, 10, 11 y 12) para terrenos compactos.

• Barrenas en espiral (figs. 13 y 14) para terrenos de igual naturaleza que los anteriores.

• Barrena cilíndrica (fig. 15) de palastro especial para suelos de arena.

En arena seca su trabajo es casi nulo por lo que se hará necesario verter agua sobre la superficie o sondar.

• Todos los taladros serán ejecutados hasta dar con los terrenos incomprensible, recogiéndose muestras (como dijimos antes) de las diferentes capas por las que atraviesa la barrena. Las mismas se guardan en envases precintados y clasificados para su análisis en el laboratorio.

Los barrenos helicoidales pueden ser de diferentes tipos no sólo dependiendo del suelo por atacar, sino de acuerdo con la preferencia particular de cada perforista.

Un factor importante es el paso de la hélice que debe ser muy cerrado para suelos arenosos y mucho más abierto para el muestreo en suelos plásticos.

METODO DE LAVADOEste método constituye un procedimiento económico y rápido para conocer aproximadamente la estratigrafía del subsuelo (aun cuando la experiencia ha comprobado que pueden llegar a tenerse errores hasta de 1 m al marcar la frontera entre los diferentes estratos). El método se usa también en ocasiones como auxiliar de avance rápido en otros métodos de exploración. Las muestras obtenidas en lavado son tan alte radas que prácticamente no deben ser consideradas como suficientemente representativas para realizar ninguna prueba de laboratorio.

El equipo necesario para realizar la perforación incluye un trípode con polea y martinete suspendido, de 80 a 150 kg de peso, cuya función es hincar en el suelo a golpes el ademe necesario para la operación. Este ademe debe ser de mayor diámetro que la tubería que vaya a usarse para la inyección del agua. En el extremo inferior de la tubería de inyección debe ir un trépano de acero, perforado, para permitir el paso del agua a presión. El agua se impulsa dentro de la tubería por medio de una bomba.

La operación consiste en inyectar agua en la perforación, una vez hincado el ademe, la cual forma una suspensión con el suelo en el fondo del pozo y sale al exterior a través del espacio comprendido entre el ademe y la tubería de inyección; una vez fuera es recogida en un reci piente en el cual se puede analizar el sedimento.

El procedimiento debe ir complementado en todos los casos por un muestreo con una cuchara saca muestras apropiada, colocada al extremo de la tubería en lugar del trépano; mientras las características del suelo no cambien será su ficiente obtener una muestra cada 1.50 m aproximadamente, pero al notar un cambio en el agua eyectada debe precederse de inmediato a un nuevo muestreo.

Al detener las operaciones para un muestreo debe permitirse que el agua alcance en el pozo un nivel de equilibrio, que corresponde al nivel freático (que debe registrarse). Cualquier al teración de dicho nivel que sea observada en los diferentes muestreos debe reportarse especialmente.En la Fig. A-3 aparece un esquema del equipo de perforación y algunos modelos de trépanos perforados

En la Fig. A-4 se muestran algunos de los más usados modelos de muestreadores que se colocan en el extremo inferior de la tubería de inyección a fin de obtener muestras representativas.

Los tipos a), b) y c) se introducen a golpes en el suelo y de ellos quizá el más común es el de media caña, así llamado por poder dividirse longitudinalmente para facilitar la extracción de la muestra. El muestreador de trampa de muelles tiene en su parte inferior unas hojas metá licas que dejan entrar la muestra en la cámara inferior, pero que dificultan su salida. El cucharón raspador (c), es de utilidad para el muestreo de arenas bajo el nivel freático y funciona, naturalmente, por rotación.

METODO DE PENETRACION ESTANDAR

El ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés standard penetración test), es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en los que queremos realizar un reconocimiento geotécnico.Constituye el ensayo o prueba más utilizado en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación.

Consiste en medir el número de golpes necesario para que se introduzca una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que permite tomar una muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está normalizado, así como la altura de caída libre, siendo de 63'5 kilopondios y 76 centímetros respectivamente.

METODO DE PENETRACION CONICAEstos métodos consisten en hacer penetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. Existen diversos tipos de conos Dependiendo del procedimiento para hincar los conos en el terreno, estos métodos se dividen en estáticos y dinámicos. En los primeros la herramienta se hinca a presión, medida en la superficie con un gato apropiado; en los segundos el hincado se logra a golpes dados con un peso que cae.

PERFORACIONES CON BOLEOS Y GRAVAS

Con frecuencia es necesario atravesar durante las perforaciones estra tos de boleos o gravas que presentan grandes dificultades para ser perfo rados con las herramientas hasta aquí descritas. En estos casos se hace necesario el empleo de herramental más pesado, del tipo de barretones con taladros de acero duro, que se suspenden y dejan caer sobre el estrato en cuestión, manejándolos con cables.

En ocasiones se ha recurrido, inclu sive, al uso localizado de explosivos para romper la resistencia de un obstáculo que aparezca en el sondeo.

• POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO INALTERADO.• MÉTODO CON TUBO DE PARED DELGADA.• MÉTODO ROTATORIO PARA ROCA.

METODOS DE SONDEOS EN SUELOSSONDEOS DEFINITIVOS

POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO INALTERADO

LA TOMA DIRECTA DE UN TROZO DE SUELO EXCAVADO A MANO CUIDADOSAMENTE, ES LA MEJOR MUESTRS “INALTERADA” QUE SE PUEDE OBTENER POR SOBRE LOS DEMÁS METÓDOS.

MÉTODO CON TUBO DE PARED DELGADA.Se debe a M. J. Hvorsiev un estudio exhaustivo moderno que con dujo a procedimientos de muestreo con tubos de pared delgada que, por lo menos en suelos cohesivos, se usan actualmente en forma prác ticamente única. Muestreadores de tal tipo existen en muchos modelos y es frecuente que cada institución especializada desarrolle el suyo pro pio. El grado de perturbación que produce el muestreador depende prin cipalmente, según el propio Hvorsiev puso de manifiesto, del procedimiento usado para su hincado; las experiencias han comprobado que si se desea un grado de alteración mínimo aceptable, ese hincado debe efectuarse ejer ciendo presión continuada y nunca a golpes ni con algún otro método dinámico.

• . Hincado el tubo a presión, a velocidad constante y para un cierto diámetro de tubo, el grado de alteración parece depender esencial mente de la llamada “relación de áreas”.

• Donde De es el diámetro exterior del tubo y Di el interior. La expresión anterior equivale a la relación entre el área de la corona sólida del tubo y el área exterior del mismo. Dicha relación no debe ser mayor de 10% en muestreadores de 5 cm (2 pulgadas) de diámetro interior, hoy de escaso uso por requerirse en general muestras de mayor diámetro y, aunque en muestreadores de mayor diámetro pueden admitirse valores algo mayores, no existen motivos prácticos que impidan satisfacer fácilmente el primer valor.

• En ocasiones y en suelos muy blandos y con alto contenido de agua, los muestreadores de pared delgada no logran extraer la muestra, saliendo sin ella a la superficie; esto tiende a evitarse hincando el muestreador lentamente y, una vez lleno de suelo, dejándolo en reposo un cierto tiempo antes de proceder a la extracción

MÉTODO ROTATORIO PARA ROCA.• Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en la perforación se hace indispen sable recurrir al empleo de máquinas perforadoras a rotación, con broca de diamantes o del tipo cáliz.

• En las primeras, en el extremo de la tubería de perforación va colocado un muestreador especial, llamado de “corazón”, en cuyo extre mo inferior se acopla una broca de acero duro con incrustaciones de diamante industrial, que facilitan la perforación.

• En las segundas, los muestreadores son de acero duro y la penetración se facilita por medio de municiones de acero que se echan a través de la tubería hueca hasta la perforación y que actúan como abrasivo. En roca muy fracturada puede existir el peligro de que las municiones se pierdan. Perforadoras tipo cáliz se han construido con diámetros muy grandes, hasta para hacer perforaciones de 3 m; en estos casos, la má quina penetra en el suelo con la misma broca.

METODOS ROTATORIOS PARA ROCACuando un sondeo alcanza una capa de roca más o menos firme o cuando en el curso de la perforación las herramientas hasta aquí descritas tropiezan con un bloque grande de naturaleza rocosa, no es posible lograr penetración con los métodos estudiados y ha de recurrirse a un procedi miento diferente.

Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en la perforación se hace indispen sable recurrir al empleo de máquinas perforadoras a rotación, con broca de diamantes o del tipo cáliz.En las primeras, en el extremo de la tubería de perforación va colocado un muestreador especial, llamado de “corazón”, en cuyo extre mo inferior se acopla una broca de acero duro con incrustaciones de diamante industrial, que facilitan la perforación.

En las segundas, los muestreadores son de acero duro y la penetración se facilita por medio de municiones de acero que se echan a través de la tubería hueca hasta la perforación y que actúan como abrasivo. En roca muy fracturada puede existir el peligro de que las municiones se pierdan. Perforadoras tipo cáliz se han construido con diámetros muy grandes, hasta para hacer perforaciones de 3 m; en estos casos, la má quina penetra en el suelo con la misma broca.

La colocación de los diamantes en las brocas depende del tipo de roca a atacar. En rocas duras es recomendable usar brocas con dia mantes tanto en la corona como el interior para reducir el diámetro de la muestra, y en el exterior para agrandar la perforación y permitir el paso del muestreador con facilidad. En rocas medianamente duras suele resultar suficiente emplear brocas con inserciones de carburo de tungsteno en la corona. En rocas suaves, del tipo de lutitas, pizarras, etc., basta usar broca de acero duro en diente de sierra.

• SÍSMICO• DE RESISTENCIA ELECTRICA• MAGNÉTICO Y GRAVIMÉTRICO

METODOS DE SONDEOS EN SUELOSMETODOS GEOFISICOS

METODOS GEOFÍSICOSLos métodos geofísicos son pruebas realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotécnico.

• Intentan evaluar las características del terreno basándose en la medida de ciertas magnitudes físicas tomadas generalmente en la superficie del terreno.

• Si las características de los terrenos son tales que las magnitudes físicas medidas son bastante diferentes entre sí, es posible localizar los contactos entre las distintas capas de terreno.

METODO SISMICOEste procedimiento se funda en la diferente velocidad de propagación de las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales. Las mediciones realizadas sobre diversos  medios permiten establecer que esa velocidad de propagación varía entre 150 y 2.500 m/seg en suelos, correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy compactos y las menores a arenas sueltas;

 

• los  suelos arcillosos tienen valores medios, mayores para las arcillas duras y menores para las suaves. En roca sana los valores fluctúan entre 2.000 y 8.000 m/seg como término de comparación se menciona el hecho de que en el agua la velocidad de propagación de este tipo de ondas es del orden de 1.400 m/seg esencialmente el método consiste en provocar una explosión en un punto determinado del área a explorar usando una pequeña carga de explosivo, usualmente nitroamonio. Por la zona a explorar se sitúan registradores de ondas (geófonos), separados entre sí de 15 a 30 m. La función de los geófonos es captar la vibración, que se transmite amplificada a un oscilógrafo central que marca varias líneas, una para cada geófono.

MÉTODO DE RESISTIVIDAD ELÉCTRICA

 Este método se basa en el hecho de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menor resistividad eléctrica cuando una corriente es inducida a través. Su principal aplicación está en el campo de la minería, pero en mecánica de suelos se ha aplicado para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo.            La resistividad eléctrica de una zona de suelo puede medirse colocando cuatro electrodos igualmente espaciados en la superficie y alineados; los dos exteriores, conectados en serie a una batería son los electrodos de corriente (medida por un miliamperímetro), en tanto que los interiores se denominan de potencial de la corriente circulante.            

Métodos magnéticos y gravimétricos

El trabajo de campo correspondiente a estos métodos de exploración es similar, distinguiéndose en el aparato usado. En el método magnético se usa un magnetómetro, que mide la componente vertical del campo magnético terrestre en la zona considerada, en varías estaciones próximas entre sí.

En los métodos gravimétricos se mide la aceleración del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Valores de dicha aceleración ligeramente más altos que el normal de la zona indicarán la presencia de masas duras de rocas; lo contrario será índice de la presencia de masas ligeras o cavernas y oquedades.

            En general estos métodos casi no han sido usados con fines ingenieriles, dentro del campo de la Mecánica de suelos, debido a lo errático de su información y a la difícil interpretación de sus resultados.

MUESTREO Y CONSERVACION DE MUESTRAS

El muestreo incluye la toma del material que forma el suelo de modo tal que tenga en cuenta la variabilidad del mismo, el manejo, transporte y tratamiento de la muestra y, por ultimo, la toma de fracciones para las determinaciones analíticas concretas.

En cualquier caso, el muestreo debe ser representativo, esto es, que una muestra o grupo de muestras refleje con precisión la concentración y estado de cualquier componente en un determinado lugar y tiempo.Los resultados obtenidos de las muestras representativas deben mostrar las variaciones de los contaminantes y sus concentraciones.

Las variaciones en la composición mineralógica del suelo, su permeabilidad y capacidad sorcitiva y de taponamiento.Las variaciones en la composición química de los contaminantes en el área.

Las variaciones temporales en la composición del medios.Los errores sistemáticos o esporádicos producidos en el propio muestreo, en la manipulación y en el transporte de las muestras al laboratorio.Lo errores en los resultados analíticos producidos por un almacenamiento incorrecto o por la preparación de la muestra en el laboratorio.

Los efectos de la heterogeneidad se compensan tomando un gran número de muestras. Normalmente las dudas sobre la representatividad del muestreo suelen ser mayores que sobre los datos analíticos obtenidos. El error procedente de la toma de muestra y su manipulación es de tres a seis veces mayor que el que ocasiona la toma de porciones en el laboratorio y los procedimientos de análisis, aún cuando el procedimiento de campo sea más refinado de lo que es normalmente.

Con respecto a las variaciones de composición de los contaminantes con el transporte y tiempo, suele haber pocos cambios si los análisis se realizan en unas pocas semanas después del muestreo, aunque algunos cambios se pueden producir por procesos químicos y biológicos: oxidación, evaporación, degradación biológica.

Todos ellos se producen lentamente pero son más importantes cuanto más superficial es la muestra.Las muestras más profundas del suelo (sedimentos, rocas frescas) varían poco de un muestreo a otro por la falta de aireación que impide cambios en los contaminantes, pero en todo caso sólo representan al punto muestreado, lo mismo que las muestras de suelo.

Otras fuentes de error pueden provenir de la manipulación de las muestras, contaminándose una muestra por los medios mecánicos utilizados, si éstas no se han limpiado bien antes de hacer el siguiente muestreo.Para controlar algunos de estos parámetros se suele recurrir a:o a)duplicados (obtenidos de la propia muestra por subdivisión), o b) tomar otra muestra próxima a 0.5-1 m de distancia de un punto muestral

determinado, o c)añadir a la muestra cierta cantidad conocida de unos contaminantes.

También se pueden derivar una serie de errores de la identificación de las muestras a veces el criterio es confuso, o se producen duplicaciones, del manejo de las muestras durante el transporte, y de las preparaciones previas en el laboratorio (homogeneización, subdivisión, etc.).En resumen, la validez de un determinado valor analítico para un suelo depende de un correcto muestreo.

Cuando la muestra analizada no es representativa, el resultado del análisis dará un valor que no describe necesariamente la propiedad del suelo que se determina. Para que el valor analítico pueda servir para describir la propiedad o característica que se está investigando es necesario que: a) la muestra represente el suelo en su totalidad, b) no se produzcan cambios en la muestra global, o en las distintas partes en que se dividan, antes de realizar los análisis,c) las distintas alícuotas de la muestra representen al total.

GRACIAS POR SU ATENCION