fundaciones silvio rojas capi_ 01-17
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Fundaciones Silvio Rojas CapI_ 01-17TRANSCRIPT
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Universidad de Los AndesFacultad de IngenieraDepartamento de Vas
Investigacin del subsuelo - Tipos de FundaciTipos de Fundacin y n y
Elementos de la FundaciElementos de la Fundacinn
Prof. Silvio Rojas
Enero, 2007
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Universidad de Los AndesFacultad de IngenieraDepartamento de Vas
Fundaciones
.::.:: Capitulo ICapitulo IInvestigaciInvestigacin del Subsuelo n del Subsuelo Tipos de FundaciTipos de Fundacin y Elementos de la Fundacin y Elementos de la Fundacinn
I.I.Fases para Proyectos Fases para Proyectos IngenierilesIngenieriles..Tabla N 1.- Objetivos de los estudios geolgicos geotcnicos en funcin de las fases del proyecto.
Control de la respuesta terreno estructura.Auscultacin
Explotacin
Control geotcnico e instrumentacin.Verificacin y adaptacin del proyecto.
Construccin
Caracterizacin geotcnica detalladaParmetros geotcnicas para el diseo de estructuras, excavaciones, cimentaciones, etc.
Proyecto
Seleccin de emplazamientos y trazadosClasificacin geotcnica de materialesSoluciones geotcnicas aproximadas
Anteproyecto
Viabilidad geolgicaIdentificacin de riesgos geolgicosCondiciones geolgico geotcnicas generales
Estudios previos y de viabilidad
Objetivo GeolObjetivo Geolgico gico GeotGeotcnicos cnicos Fases del ProyectoFases del Proyecto
Enero, 2007
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Tabla N2.- Desarrollo de las investigaciones in situ
Reconocimiento de suelos y rocas.Fallas y estructuras.Datos hidrogeolgicos, drenajeGeomorfologa, estabilidad de laderas, subsidencias, hundimientos inundaciones, etc.Problemas geoambientalesAccesos y situacin de investigacin in situ.
Visita y reconocimiento previo de campo(s.r gelogo, geotcnico, hidrulico, vas, gegrafo)
Fotografas areas y teledeteccin.GeomorfologaLitologas y estructurasRiesgos geolgicosCartografa geolgicas de sntesis.
Foto-interpretacin(s.r Puede ser hecho por un gelogo)
Topografa y RelieveHidrologa e hidrogeologaMapas geolgicos regionalesHistoria geolgicaSismicidad y otros riesgos geolgicos
Revisin de Informacin(s.r intervienen diferentes disciplinas)
Estudios previos y de viabilidad
Trabajos de Investigacin geolgicas geotcnicas
Actividades Caractersticas
Fases del Proyecto
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Trabajos de Investigacin geolgicas geotcnicas
Actividades Caractersticas
Fases del Proyecto
Mapas geolgicos geotcnicos de detalle.Sectorizacin y propiedades geomecnicas.
Cartografa geotcnicade detalle (esc 1:500 1:2000)
Sondeos y calicatas Prospeccin y geofsicaEnsayos in situ y ensayos de laboratorio
Investigaciones geotcnicas de detalle2
Sondeos y calicatas Prospeccin y geofsicaEnsayos in situ y ensayos de laboratorio
Investigaciones geotcnicas bsicas1
Proyecto(s.r Propuestas definitivas de diseo)
Identificacin de zonas inundables karsticasde encharcamiento, de escorrentas, etc. Regionales y locales.
Datos hidrolgicos hidrogeolgicos
Litoestatigrafia y estructura.Geomorfologa e hidrogeologaClasificacin y propiedades de los materiales
Cartografa geolgica geotcnica (esc1:5000- 1:10000)
Anteproyecto(s.r permite definir los emplazamientos, trazados y soluciones aproximadas)
1.- Investigaciones bsicas: se refieren a sondeos espaciados y ensayos de identificacin, principalmente2.- Investigaciones detalladas: se refieren a sondeos en cada estructura y en toda la zona del proyecto ensayos in situ y ensayos de laboratorio completos
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Trabajos de Investigacin geolgicas geotcnicas
Actividades CaractersticasFases del Proyecto
Seguimiento obra-terrenoAuscultacinExplotacin
Instalacin y lectura instrumental.(s.r inclinmetros, extensmetros, piezmetros )Ensayo in situ (s.r densidad de campo, CBR, resistencia roca, etc. )Control de calidad (s.r granulometra, concreto)
Instrumentacin
Planos geotcnicos de la obra Estabilidad de excavaciones y tneles.Control de parmetros geotcnicos.Cimentacin de estructuras.
Seguimiento geotcnico(s.r inspeccin)
Construccin
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Tabla N 3.- Influencia del medio geologico y del relieve en la planificacin de las investigaciones in situ.
Mayor dificultad en la extrapolacin geolgicaDifcil delimitacin geomtrica de los cuerpos intrusivosBuena utilidad de la geofsica
Gran variacin tanto litolgicacomo geomtrica de los cuerpos intrusivos
Rocas gneas intrusitas
Necesidad de mayor nmero de sondeosDifcil interpretacin de las tcnicas geofsicas
Estructuras estratiformes Gran heterogeneidad y anisotropa litolgica
Rocas gneas extrusivas
Mayor fiabilidad en la explotacin e interpretacin geolgica.Menor numero relativo de prospeccionesMayor utilidad de los sondeos.
Formaciones relativamente uniformes en reas extensasEstructuras bien definidas y estratificadasLas rocas de origen marino son mas uniformes y continuas que la de origen continental
Rocas sedimentarias y metamrficas de origen sedimentario
Influencia en las investigaciones in situ
Caractersticas Predominantes
Factores Geolgicos y Geomorfolgicos
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Influencia en las investigaciones in situ
Caractersticas Predominantes
Factores Geolgicos y Geomorfolgicos
Alto costo de sondeos.Limitaciones climticasGran utilidad de la geologa de superficieCondiciones adversas para investigaciones in situ.
Rocas durasAlto control litoestructural del relieve.Depsitos coluviales e inestabilidad de laderas
Relieve accidentado y escarpado
Alto costo de los sondeosImportancia de los accesos en la planificacin.
Control litolgico-estructural del relieve Rocas, suelos, depsitos coluviales y aluviales
Relieve moderado a alto
Bajo costo relativo de los sondeosBuena utilidad geofsica
Predominio de medios aluviales, suelos, rocas blandas. Mal drenaje
Relieve bajo
Gran utilidad de los mtodos de geologa estructural cartografa geolgicaNecesidad de sondeos y geofsica
Gran continuidadMateriales blandos de rellenoAnisotropas a cada lado de la estructura
Estructuras tectnica(s.r discontinuidades: diaclasas, foliacin, estratificacin, fallas, pliegues, etc.)
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Tabla N4.- ndices de costos Beneficios en fases de investigacin para un proyecto
1.0Alto AltoInvestigaciones in situ (proyecto)
1.4 a 0.4Alto a bajoMedio a
alto
Investigaciones in situ preliminares (anteproyecto)
2.3 a 0.6Alto a bajoBajo a medio
Ensayos de laboratorio
2.7 a 1.6Bajo a medio
Bajo a medio
Reconocimiento de Campo
2.7Muy Alto BajoRevisin de Informacin
Beneficio/CostoBeneficioCosto Actividad
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Tabla N5.- Informacin a consultar durante la fase de estudios.-
Ministerio de Fomento.Ministerio de MedioambienteConfederaciones Hidrogrficas.IGME CEDESUniversidades y Centros de Investigacin.
Publicaciones geotcnicas.Informes geotcnicos.Mapas geotcnicos.
Problemas Geotcnicos
Instituto Geolgico Minero de Espaa (IGME)Universidades y Centros de Investigacin.Comunidades Autnomas.
Mapas geolgicos.Informes u memorias geolgicas.Fotografas areasMapas edafolgicos.
Geologa
INGSGEIRYDAComunidades AutnomasAyuntamientos
Fotografas areasImgenes de satlite.
Fotointerpretacin y teledeteccin.
Instituto Geogrfico Nacional (IGN)Servicio Geogrfico del Ejrcito (SGE)Comunidades Autnomas.
Mapas Topogrficos.Fotografas areas.Topografa
Fuentes de Informacin es Espaa.DocumentacinMateria
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Fuentes de Informacin es Espaa.DocumentacinMateria
IGME.D. Gral de Minas; Jefaturas de Minas.Comunidades Autnomas.
Mapa de rocas industriales.Registro de minas y canteras.Mapas de investigacin.
Minera y Canteras
INGDatos de terremotos y normas sismorresistentes.Datos Ssmicos
Instituto Nacional de Meteorologa.Registros pluviomtricos y de temperaturas.Datos Metereolgicos
IGME.Ministerio de MedioambienteConfederaciones Hidrogrficas.Comunidades Autnomas.Universidades y Centros de Investigacin.
Mapas hidrogeolgicos.Mapas topogrficos.Fotografas areasDatos de pozos y sondeos.Informes hidrogeolgicos.Mapas de riesgo de inundaciones
Hidrogeologa e Hidrologa.
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Fuentes de Informacin es Espaa.DocumentacinMateria
Comunidades Autnomas.Ayuntamientos.Jefatura de minas.
Mapas Topogrficos. Fotografas areas.Catastro Minero
Construcciones y servicios existentes.
Ministerio de Medioambiente.Comunidades Autnomas.IGME
Registros mineros.Mapas medioambientales.Estudios previos medioambientales.
Datos medioambientales y de recursos naturales.
Ayuntamientos.Comunidades Autnomas.Ministerio de Agricultura.
Planes de ordenacin y usos del suelo.Fotografas areasMapas Topogrficos.
Usos del Suelo.
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PERFORACIPERFORACINN
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II.II.-- AVANCE EN AVANCE EN UNAUNA PERFORACIPERFORACINNTabla N6.-Descripcin de los mtodos de avance de una perforacin.
Longitud, funcin de la cantidad de barras y cotas de inters.Dimetros, ver tabla anexa. Se puede apli car en una extensa gama de profundida des y dimetros.
barreno= 20-60 cmLong-barreno= 1 m 1.60 mbarras: diferente al utilizado en perforacin porlavado.
Revestimiento:Por ejemplo,=3 barra=2 3/8sondeo= 3Long-barras= 3m
Manuales:=1a 4 cmL=1m o msMecanizadas:=10 a 60 cm=0.4 a 1.5m=2m
Dimetros y longitudes
Ver figuras: 12,13,1415,16,17,18,19,20
Ver figuras:10,11
Ver figuras:6,7,8,9
Ver figuras:1,2,3,4,5
Equipo
RotacinRoto-percusin
Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin
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Se logra al rotar las barras de perforacin, conectadas a las brocas que cortan, erosionan y muelen el material del fondo. La rotacin va acompaada de presin hidraulica o mecnica de las barras y brocas, contra el fondo.
El material de fondo es triturado por el barreno y se forma una especie de barro en el fondo.
Revestimiento, puede llegar a 5m. *Inyectar agua a presin*Izar, girar y dejar caer las barras.*agua+barras+trepano, aflojan el material.
Presin + rotacin
Mecanismo de avance
RotacinRoto-percusin
Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin
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El material convertido en pequeas partculas, se lava y se extrae por medio de agua inyecta da a presin a lo largo del interior de las barras y cavidades de la broca.Las partculas en suspensin suben a la superficie a travs del espacio existente entre la barra y las paredes de la perforacin.La extraccin del material tambin puede llevarse a cabo a travs de un tubo single, con un retenedor. Esto permite el muestreo continuo.
Cuando el tcnico considera que el barro en el fondo interfiere al barreno, se limpia la perforacin con una cuchara saca-lodos.
El agua de retorno trae en
suspensin los detritos.
Manuales: extraccin de la barrena.
Mecanizadas: Extraccin continua.
Extraccin del material
RotacinRoto-percusin
Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin
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Es necesaria para el enfriamiento de las brocas y retorno del material a la superficie.
No se requiere agua en la perforacin, solo una pequea cantidad para formar una especie de barro.
El nico momento donde no se inyecta agua es en el muestreo.
No requiere agua por encima del nivel fretico.
Agua en la perforacin
En materiales duros, puede mantenerse la estructura del material, en los cilindros cortados. Materiales blandos puede que se pierdan algunas partculas por accin de las brocas.
Totalmente.Totalmente. Los detritos que trae la suspensin, no sirven para hacer una buena descripcin.
Totalmente.Vara su estructura y un poco el tamao de los fragmentos.
Alteracin del material.
RotacinRoto-percusin
Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin
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En suelos con alta compacidad, consistencia cementacin. En rocas o peones.
No avanza con facilidad, pero es til en suelos granularesGravosos, bolos y poco cementados.
En la mayora de los suelos, excepto en excepcionalMente duros o compactos.
Arcillas blandas, arenosas no
muy cementadas, en suelos poco cementados y que no requieran revestimiento
Avance con facilidad en materiales
Ver cuadro anterior.
No se corresponde con el material ya esttotalmente triturado.
No tiene la misma composicin, especialmente cuando existen finos. Trepano tambin tritura el material.
La misma del suelo de fon do, con cierta variacin del suelo del estrato de donde proviene
Composicin del material extrado.
RotacinRoto-percusin
Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin
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Se vuelve lento en depositos que contengan gravas de gran tamao, fragmentos de roca y cantos en matriz de mala cimentacin.( S.R Material que puede sufrir desplazamientos relativos por la accin de la broca).En algunos de estos casos problemticos, se recurre a
operaciones de cementado de la cavidad, para fijar elementos sueltos, y posterior reperforacin.
No aplicar en arenas
sueltas. Lento en arcillas y lutitas pegajosas.(trepano se pega al ese material y se dificulta su extraccin)
En suelosexcepcionalmente duros y compactos. En peones, bolos, gravasgruesas, tambinpresentandificultad. En estos casosel avance seramuy lento.
En suelosarenosos y limosos no cohesivos(derrumbamiento). En gravas, peones, arenas muycementadas(equiposmodernos yano tienen eseinconvenien te)
Dificultad para el avance en
materiales.
RotacinRoto-percusin
Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin
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Es necesario para la extraccin de las barras y el tubo toma muestras.
Necesario para aplicar impacto del barreno al suelo.
Necesario para hincar revestimiento y el hizado de las barras de lavado.
Manuales: es
necesario armarlo para la extraccin de las barrenas.
Trpode.
El espesor del estrato gravoso, de cantos, que se puede atravesar. (recuerde que es lento) puede aplicar le mtodo de rotacin.
Comnmente entre 20 y 25m, hasta 30.
Manuales de 5 a 8 m.
Mecanizadas 50m o ms.
Longitud mxima de avance.
RotacinRoto-percusin
Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin
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S.R. En suelos duros y roca, los primeros 3m, 0.6-1m (no es necesario). Suelos que pueden sufrir derrumbes, se debe colocar en toda la longitud de la perforacin.
En los materia les donde se aplica el mtodo, existe dificultad en la colocacin del revestimiento.
Se coloca por lo general los primeros 5 m.
En materiales sueltos, especialmente por debajo del N.F. Tambin en arcillas sensibles.
Revestimiento.
Difcil por la constante inyeccin de agua.
Dificultad por el agua que se agrega al fondo para formar una especie de lodo.
Se dificulta por la constan te inyeccin de agua. Se debe extraer el agua y esperar a que llene de acuerdo a la permeabilidad.
Fcilmente se ubica el N.F. en arcillas donde se hace difcil.(se perfora sin inyeccin de agua)
Ubicacin del nivel fretico.
RotacinRoto-percusin
Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin
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En arenas por debajo del N.F. no es posible efectuar perforaciones, pues el material no permanece adherido.
Revestimiento.
RotacinRoto-percusin
Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin
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Este sistema de perforacin permite definir con seguridad la profundidad del manto base de roca, as como su grado de meteorizacin. Costo de perforacin, aproximadamente 3 a 4 veces la perforacin por lavado.En este sistema.
Dificil para detectar estratos delgados.La perforacin se acostumbra a mantener practicamenteseca.
Estrato de arcilla entre estratos de arena, pueden no apreciarse en la suspensin.El material que regresa a superficie nos indica que tipo de suelo predomina.La accin del trepano o cin cel, pueden convertir G. gruesas en finas.
Sondas de gran tamao pueden extraer cantos, peones hasta un tamao menor que el paso del hlice. Hay que tener en cuenta de quprofundidad proceden esos detritos, la velocidad a la cual ascienden en sondeo.
Otros comentarios.
RotacinRoto-percusin
Barreno(Percusin)LavadoSondasDescripcin
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2 32 3/82 15/163 9/163 NNX
1 5/82 3/81 29/322 5/162 15/162 7/8BBX
1 3/161 7/81 5/81 27/322 5/162 AAX
7/81 1 5/161 7/161 27/321 13/16EEX
Dimetro aproximado del testigo.
Dimetro aproximado del sondeo sin entubar
Varillaje ext.
Corona ext.
Anillo cortante del
Revestimiento
Revestimiento
ext.VarillajeRevestimiento
Porta testigos
Tabla N7.-Datos de dimetros de las barras de perforacin y brocas
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3 0.563 0.5 2 0.94 2 0.38 2 0.5
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2 1/83NX
1 5/82 3/8BX
1 3/161 15/16AX
1 3/161 "EX
Dimetro Nucleo ( " )Dimetro Exterior ( " )Tamao
Tabla N8.-Dimetros de brocas.
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Fig.1 .- Barrenas para operacin manual. (a) Helicoidal. (b) porteadora
Fig.2 .- (a) Brocas de desmuestre. (b) Sonda de mano con broca y las distintas piezas de sondeo.
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Fig. 3.- Sonda de broca montada en camin.
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Fig. 4.- Perforacin y muestreo con barrena helicoidal
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Fig. 5.- (a) Barreno de trayectoria continua. (b) Barreno de trayectoriacorta.
Mquina hidrulica rotativa. Dimetro mximo 2.5 m y 77 m prof. mx.
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Fig. 6.- Esquema del equipo para perforacin por lavado. Disposicin para hincar el revestimiento.
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Fig. 7.- Esquema del equipo para perforacin por lavado. Disposicin para la remocin del suelo por lavado y barrenado.
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La perforacin por lavado el material disgregado y sobrante es extrado a la superficie por medio de un fluido (aire o algn lquido) que impulsado por una bomba, circula en el interior del varillaje, para retornar al exterior
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Fig. 8.- Sonda de inyeccin y trpanos tpicos.
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Fig. 9.- Hincadura del revestimiento. (a) Disposicin del martillo de cada libre. (b Mordaza de la tubera
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Fig. 10.- Esquema de equipo para perforacin por percusin.
Barrn:La longitud del barrn de perforacin vara normalmente entre 3 y 5 m y su peso entre 400 y 1000 kg.sirve de guaY peso
Trepano:disgregacin y trituracin de la roca.
100 y 500 kg para pozos pequeos y de mediano dimetro yde 500 a 1200 kg para pozos de
gran dimetro.
DESTRABADOR o tijerapermiten un juego longitudinal, de unos 20 30 cms, gracias al cual se puede golpear hacia arriba, mediante tirones del cable y resolver los pequeos atranques que haya podido tener el trpano,
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Trepano estrella o cruciforme:Adecuado para perforar formaciones estratificadas con buzamiento, donde exista una tendencia a producirse desviaciones en las perforaciones.Trepano californiano:Presenta hombros escurridizos y biselados para evitar atranques en su movimiento hacia arriba.Trepano salomnico:Adecuado para formaciones blandas, con tendencia al desprendimiento, sobre todo si son plsticas, pues las caras del trepano alisan y compactan con su roce las paredes de la perforacin.
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Fig. 11.- Barreno o trpano para elprocedimiento de perforacin con cable.
Dimetro trepano Dimetro entubado(mm) (mm)
580 590 500480 490 400380 390 300300 310 250250 260 200200 210 150
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Fig. 12.- Esquema de un equipo para perforacin rotatoria.
Gato hidrulico que hace presin al varillaje, para que penetre la corona en el terreno.
Barra de perforacin
Broca que se cambia por el muestreadordurante las operaciones de muestreo
Barra de perforacin principal
Recipiente para recoger lodos
Recipiente para sedimentos
Barra de perforacin
Macdril
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RevestimientoDeTuberaCoronas
4,1
4,5
9,0
11,8
16
30
39
4,1
4,5
9,0
11,8
38,1
48,4
60,3
76,2
102,0
154,0
203,0
38,1
48,4
60,3
76,2
46,0
57,2
73,0
88,9
129,0
187,0
239,0
46,0
57,2
73,0
88,9
EX
AX
BX
NX
4
6
8
EX
AX
BX
NX
21,4
30,1
42,0
54,7
76,2
68,3
100,8
151,6
27,0
36,5
47,6
63,5
37,7
48,0
60,0
75,5
99,2
98,4
139,6
196,9
48,0
60,0
75,7
96,0
EX
AX
BX
NX
HX
23/4" x37/8
4' x 51/2
6" x 73/4
Wireline
AQBQNQHQ
Sistema americano DiamondcoreDrilmanuf.Assoc. of USA
1,4
3,5
4,4
5,2
6,3
7,2
10,5
12,4
13,8
15,4
29
37
47
57
67
77
89
104
119
134
35
44
54
64
74
84
98
113
128
143
35
44
54
64
74
84
98
113
128
143
22
32
42
52
62
72
84
86
101
116
36
46
56
66
76
86
101
116
131
146
36
46
56
66
76
86
101
116
131
146
Sistema Mtrico de craelius
Peso(Kg/m.)
Dimetro interior (mm.)
Dimetro exterior (mm.)
Tamao (mm.)
DimetroTestigo (mm.)
Dimetro perforacin (mm.)
Tamao (mm.)
Sistema
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Notas:
. Sondeos con prof. > 100 m (ejemplo estudio de tneles), debern realizarse por el sistema wire line, que condiciones especiales en cuanto al tipo y potencia de maquinaria, tipos de tuberas de revestimiento y de las herramientas de corte, especialmente en cuanto a los dimetros de perforacin.La principal de sus particularidades se basa en que en el tren de perforacin el varillaje es casi del mismo dimetro que el tubo portatestigo, y permite extraer el testigo por el interior del varillaje sin sacar la maniobra.
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Fig. 13.- Sonda rotatoria de cuchara. La guiadera de la barra maestra no ha llegado todava al anillo de apoyo y de giro.
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Fig. 14.- Extremo de la cuchara rotatoria. Vista parcial del anillo que sujeta la guiadera de la barra maestra.
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Fig. 15.- Sonda rotatoria montada en remolque.
Motor de bombaMotor de gasolina
Cabrestante
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Fig. 16.- Coronas de diamantes y ensanchador.
Nx:Dimetro ext = 2 15/16Dimetro sondeo = 3Dimetro de testigo = 2
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La perforacin a rotacin se realiza mediante el giro de una herramienta de corte que es impulsada por un varillaje.
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Esquemas de accesorios en un avance por rotacin en rocas: Tubo interno muestreador Longitud = 3m y dimetro de 2 Culatn, conectado al tubo muestreador. Longitud = 0.80 m. Sirve para sacar el tuboM muestreador de la perforacin. Pescante del culatn. Conectado a la guaya del cabrestante para sacar el tubo muestreador.
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Fig. 17.- Tubo doble, tubo muestreador, accesorio para extraer tubo interno y broca enel extremo del tubo doble.
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Fig. 18.- Detalles de conexin broca tubo doble; detalles del extremo del tubointerno donde encaja el Pescante para extraerlo.
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Fig. 19.- Seccin de la mquina perforadora mostrando algunos detalles.
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Fig. 20.- Vista de la tubera de perforacin dentro de la masa rocosa.
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Control de la longitud de perforacin:
Las barras externas se les mide la longitud, las cuales por lo general son de 3m.
Por ejemplo, si dentro de la perforacin se han metido 10 barras de 3.05 m, ms el tubo doble de 4.10 m (el primero que est dentro de la perforacin), significa que la longitud total de la perforacin ser: L = 10x 3.05 m + 4.10 m.
Sin embargo la ltima barra, no penetra totalmente, debido a que parte de ella que da dentro del mandril. Es decir la mxima longitud que penetra la ltima barra es cuando el pto A a llegado al pto A; la distancia que existe del pto A al pto B, es lo que no penetra la barra, y esta altura tiene un valor de 1.40 m.
El pto B, es correspondiente a la superficie del terreno.