p.2.0111.01 exp. y muestreo de suelos para proy. de cimentacion 1 parte

SUBDIRECCION DE TECNOLOGIA Y DESARROLLO PROFESIONAL

UNIDAD DE NORMATIVIDAD TECNICA

ESPECIFICACION TECNICA PARA PROYECTOS DE OBRAS.

EXPLORACION Y MUESTREO DE SUELOS PARAPROYECTOS DE CIMENTACION

(PRIMERA PARTE).

P.2.0111.01

PRIMERA EDICIONMAYO. 2001

(EXPLORATION SAMPLING SOILS FOR FOUNDATION PROJECTS (FIRST PART))

Primera Edición P.2.0111.01: 2001 UNT

1/76

EXPLORACIÓN Y MUESTREO DE SUELOS PARAPROYECTOS DE CIMENTACIÓN

(PRIMERA PARTE)

P R E F A C I O

Pemex Exploración y Producción (PEP) en cumplimiento del decreto por el que se reforman,adicionan y derogan diversas disposiciones de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización,publicado en el Diario Oficial de la Federación de fecha 20 de mayo de 1997 y con la facultad que leconfiere, la Ley de Adquisiciones, Arrendamientos y Servicios del Sector Público y la Ley de ObrasPúblicas y Servicios Relacionados con las mismas, expide la presente especificación la cual aplica ala exploración y muestreo de suelos para proyectos de cimentación.

Esta especificación se elaboró tomando como base la reproducción de la primera edición de la normaNo. 2.0111.01, emitida en 1975 por Petróleos Mexicanos, de la que se llevó a cabo su revisión,adecuación y actualización, a fin de adaptarla a los requerimientos de Pemex Exploración yProducción.

En la elaboración de estos lineamientos participaron:

Subdirección de Región Norte

Subdirección de Región Sur

Subdirección de Región Marina Noreste

Subdirección de Región Marina Suroeste

Dirección Ejecutiva del Proyecto Cantarell

Dirección Ejecutiva del Programa Estratégico de Gas

Subdirección de Perforación y Mantenimiento de Pozos

Coordinación Ejecutiva de Estrategias de Exploración

Auditoria de Seguridad Industrial y Protección Ambiental

Subdirección de Planeación

Subdirección de Administración y Finanzas

Subdirección de Tecnología y Desarrollo Profesional

Unidad de Normatividad Técnica


2/76


(PRIMERA PARTE)

INDICE DE CONTENIDO PRIMERA PARTE Página

0. Introducción...................................................................... 4

1. Objetivo............................................................................ 4

2. Alcance............................................................................. 4

3. Actualización..................................................................... 4

4. Campo de aplicación......................................................... 4

5. Referencias....................................................................... 4

6. Definiciones...................................................................... 4

6.1 Métodos de exploración indirectos (geofísicos).................. 4

6.2 Métodos de exploración semidirectos................................ 5

6.3 Métodos de exploración directos........................................ 5

6.3.1 Muestras representativas alteradas................................... 5

6.3.2 Muestras inalteradas......................................................... 5

6.4 Pruebas de campo............................................................ 5

7. Reconocimiento................................................................. 5

7.1 Recopilación de la información disponible.......................... 5

7.2 Reconocimiento geológico................................................. 5

7.3 Definición del programa de explotación............................. 5

8. Procedimientos de exploración.......................................... 6

8.1 Métodos indirectos (geofísicos)......................................... 6

8.1.1 Método geosísmico de refracción...................................... 6

8.1.2 Método de resistividad eléctrica......................................... 17

8.1.3 Método de relación de caídas de potencial........................ 20

8.2 Métodos semidirectos........................................................ 20

8.2.1 Prueba de penetración a presión....................................... 20

8.2.1.1 Penetrómetro holandés..................................................... 24

8.2.2 Prueba de penetración dinámica........................................ 29

8.2.3 Prueba de penetración Sermes.......................................... 29

8.2.4 Prueba de penetración estándar (SPT).............................. 37

8.3 Muestreo alterado............................................................. 45

8.3.1 Métodos manuales............................................................ 45


3/76


(PRIMERA PARTE)

8.3.2 Muestreo a percusión........................................................ 45

8.4 Muestreo inalterado........................................................... 49

8.4.1 Métodos manuales............................................................ 49

8.4.2 Tubo de pared delgada (Shelby)........................................ 49

8.4.3 Barril tipo Denison............................................................. 50

8.4.4 Muestreador Pitcher.......................................................... 54

8.4.5 Muestreador de pistón libre............................................... 57

8.4.6 Tubo rotatorio dentado...................................................... 57

8.4.7 Barriles muestreadores...................................................... 61

9. Protección transporte y conservación de muestras............ 63

9.1 Muestras representativas alteradas................................... 63

9.2 Muestras inalteradas......................................................... 67

9.3 Muestreo de roca.............................................................. 67

10. Bibliografía........................................................................ 67

11. Concordancia con normas internacionales......................... 68

12. Anexos (Tablas)

12.1 Recomendaciones para definir el programa de exploración 69

12.2 Características de los oscilógrafos portátiles..................... 70

12.3 Velocidades de las ondas longitudinales en distintos tiposde rocas y suelos.............................................................. 71

12.4 Características de algunos equipos portátiles usados en elmétodo de resistividad eléctrica......................................... 72

12.5 Resistividad eléctrica de distintos tipos de rocas y suelos.. 72

12.6 Comparación entre las variaciones de qc y de fs................. 73

12.7 Valores de K según la longitud de las barras y el peso delmartillo.............................................................................. 74

12.8 Valores de d según el tipo de suelo................................... 75

12.9 Cuadro para selección de coronas de diamante (ref.17).... 75

12.10 Velocidad de rotación de barriles muestreadores (rpm)...... 76

12.11 Fuerza específica para diamantes de tamaño 20 p.p.q.(ref.17).............................................................................. 76


4/76


(PRIMERA PARTE)

0. Introducción.

Dentro de las principales actividades que se llevana cabo en Pemex Exploración y Producción (PEP),se encuentran el diseño, construcción, operación ymantenimiento de las instalaciones paraextracción, recolección, procesamiento primario,almacenamiento, medición y transporte dehidrocarburos, así como la adquisición demateriales y equipos requeridos para cumplir coneficiencia y eficacia los objetivos de la Empresa.En vista de esto, es necesaria la participación delas diversas disciplinas de la Ingeniería, lo queinvolucra diferencia de criterios.

Con el objeto de unificar criterios, aprovecharlas experiencias dispersas, y conjuntarresultados de las investigaciones nacionales einternacionales, Pemex Exploración yProducción emite a través de la Unidad deNormatividad Técnica, esta especificación conel objeto de que sea utilizada, paraexploración y muestreo de suelo para proyectode cimentación (primera parte).

1. Objetivo.

El objetivo de esta especificación es fijar criterios aseguir en cada fase de la exploración yestableciendo métodos de exploración y muestreode suelos para casos comunes encontrados en lasconstrucciones de Pemex Exploración yProducción.

2. Alcance.

Para diseñar la cimentación de una obra civil o unaestructura de tierra, el proyectista necesita conocerla estratigrafía y propiedades del suelo; esteconocimiento se obtiene a través de exploración,obtención de muestras y pruebas de laboratorio.

La exploración se lleva a cabo en tres fases: elreconocimiento superficial del lugar, la exploraciónpreliminar y la exploración detallada incluyendo elmuestreo. La exploración debe permitir obtenerresultados confiable en un mínimo de tiempo y

costo. La confiabilidad del estudio geotécnico quese realice depende de la de los trabajos deexploración, por tanto, éstos deben realizarse enforma cuidadosa, siguiendo métodos y normasadecuadas.

3. Actualización.

Pemex Exploración y Producción

Unidad de Normatividad Técnica

Dirección: Bahía de Ballenas # 5, 9° piso

Col. Verónica Anzures México, D.F. C.P. 11300

Teléfono directo: 55-45-20-35

Conmutador: 57-22-25-00 Ext. 3-80-80

Fax: 3-26-54

Email:m [email protected].

4. Campo de aplicación.

Este documento aplica en todas las áreas quelaboren especificaciones y regulaciones técnicaspara Pemex Exploración y Producción, sobreexploración y muestreo de suelos para proyectosde cimentación. (Primera Parte).

5. Referencias

No aplica.

6. Definiciones.

6.1 Métodos de exploración indirectos(geofísicos).


5/76


(PRIMERA PARTE)

Recurren a la medición de alguna propiedad físicade los suelos. Por medio de su interpretaciónpermiten definir aproximadamente la geometría dela estratigrafía y extrapolar los resultadosobtenidos por método directos.

6.2 Métodos de exploración semidirectos.

Consisten en realizar pruebas en el campo paraestimar las propiedades de los suelos a partir decorrelaciones empíricas.

6.3 Métodos de exploración directos.

Son aquellos que obtienen muestras del suelo parasometerlas a pruebas de laboratorio. Las muestraspueden ser representativas alteradas o inalteradas.

6.3.1 Muestras representativas alteradas.

Son aquellas cuyo acomodo estructural estáafectado en forma significativa por el muestreo;sirven para clasificar los suelos, hacerdeterminaciones de propiedades índice y parapreparar especímenes compactados para pruebasde permeabilidad y mecánicas.

6.3.2 Muestras inalteradas.

Son aquellas cuyo acomodo estructural no estáafectado en forma significativa por el muestreo; seutilizan para clasificar los suelos y hacerdeterminaciones de propiedades índice ymecánicas. No obstante que el muestreo se realicecon cuidado las muestras inalteradas sufrencambios volumétricos debidos al cambio en elestado de esfuerzos; en algunos problemas esnecesario considerar este efecto.

6.4 Pruebas de campo.

Son aquellas que se realizan en el sitio paradeterminar directamente alguna propiedad delsuelo.

7. Reconocimiento.

7.1 Recopilación de la informacióndisponible.

El estudio geotécnico de debe iniciar con larecopilación de la información disponible sobretopografía, geología, y comportamiento de lasestructuras construidas en la zona. Se emplean, enla forma que convenga, fotografías aéreas, planostopográficos, cartas geológicas así como datosestratigráficos y edafológicos (las institucionesmencionadas en la bibliografía, 31, 32, 33, 34 y 35disponen de amplia información a este respecto).

7.2 Reconocimiento geológico.

Basándose en los datos obtenidos en la etapaanterior, un especialista de geotécnica debe hacerun reconocimiento de campo. Debe identificar lasestructuras geológicas, localizar fallas, fracturas,fisuras y rellenos; clasificar las rocas y los suelos;interpretar el proceso de formación de los suelos yobtener información sobre sismología y clima de laregión. También debe observar los cortesnaturales y artificiales. En algunos casos esnecesario abrir pozos y zanjas y realizarperforaciones someras con equipo manual. Elalcance de este reconocimiento depende de laimportancia de la obra y de las características delsubsuelo. En todos los casos se debenproporcionar datos acerca de la accesibilidad,recursos humanos y materiales del sitio. Algunasveces basta este reconocimiento para desechar elsitio seleccionado para la obra.

7.3 Definición del prog rama deexplotación.

Teniendo en mente la información obtenida en lasetapas anteriores y en función de la importancia ymagnitud de la obra, se define el tipo de pruebasque tengan que realizarse para obtener los datosnecesarios para el diseño.

Se deben utilizar métodos geofísicos cuando setrate de áreas grandes porque reducen el costo dela explotación.

El programa de pruebas de penetración ymuestreo se hace tomando en cuenta lasrecomendaciones de la tabla 1; en sitios cuya

estratigrafía sea muy heterogénea, se debeincrementar el número de sondeos propuestos enla tabla 1 para poder obtener la información


6/76


(PRIMERA PARTE)

necesaria. La profundidad mínima de exploracióndebe cubrir al menos la zona en que los esfuerzosverticales sufran un incremento de 0.1 del esfuerzovertical impuesto por la estructura y se puedereducir en suelos de gran resistencia o en rocasana no fisurada. La localización de los puntospara hacer las pruebas de penetración y muestreose hace eligiendo zonas representativas obasándose en la exploración geofísica. En laCláusula F se describen los cambios al programade exploración que se hacen necesarios en casitodos los casos.

8. Procedimientos de exploración.

8.1 Métodos indirectos (geofísicos).

Los métodos geofísicos usados en ingeniería civilrecurren a la determinación de velocidades detrasmisión de ondas sísmicas y de la resistividadeléctrica del suelo, empleando para ello equiposportátiles. Estos métodos son aplicables en laexploración de áreas extensas; permiten definir laestratigrafía y por correlaciones de las velocidadeso resistividades se infiere el tipo de suelo o roca encada estrato del sitio. Para aumentar laconfiabilidad de la interpretación es necesariorealizar por lo menos un sondeo de correlación conobtención de muestras.

8.1.1 Método geosísmico de refracción.

Generalidades. Este método consiste en medir eltiempo requerido para que las ondas sístimasviajen del punto en que se originan, mediante elimpacto de un martillo pesado o una pequeñaexplosión, a los detectores o geófonos colocadosen línea, que recogen la señal de llegada y laenvían al aparato registrador.

Con el impacto o la explosión se originan ondaslongitudinales (P), transversales (S) y de superficie(ondas Love y Raleigh). Las ondas logitudinales oprimeras son las que se desplazan con mayorvelocidad en el medio, ya sea directamente o

refractadas; en la figura 1 se muestraesquemáticamente la propagación de ondas en unsitio con dos estratos paralelos, representando el

tren de ondas semiesférico por los radios vectoresde la mismas. Este método es aplicable sólo enmedios sobre el nivel freático y cuando lasvelocidades en cada estrato se incrementan con laprofundidad.

Equipo de refracción geosísmica. El equipo constade tres unidades básicas: el mecanismo degeneración de la onda, el conjunto de géofonoscaptadores y el aparato registrador (Fig. 2).

Generación de la onda. El mecanismo degeneración de onda puede ser un martillo pesado,que golpea una placa asentada en la superficie yopera simultáneamente un microinterruptorconectado al registrador para indicar el inicio de laprueba. El martillo se usa para estudios a pocaprofundidad (10 m). Para estudios a mayorprofundidad la onda se genera con la explosión deuna pequeña carga de dinamita colocada en unaperforación somera (menor de un metro) condetonador instantáneo también conectado alregistrador.

Geófonos. Los geófonos son dispositivoselectromagnéticos que captan las oscilaciones delsuelo y las transforman en señales eléctricas. Losgeófonos, comúnmente empleados registran sólola componente vertical del movimiento y tienensensibilidad entre 5 y 100 c.p.s. (ciclos porsegundo), son de construcción robusta y tienenuna punta en el eje vertical para hincarse en elsuelo (Fig. 3).

Aparato registrador. El registrador es unoscilógrafo, cuyos elementos sensibles sonpequeños galvanómetros que vibran al recibir laseñal de los geófonos. Los galvanómetros llevanadheridos pequeños espejos, en los que incidenrayos de una fuente luminosa fija y los reflejan apapel fotosensible que registra el arribo de lasondas.

EL registro fotográfico tiene una escala de tiemposy registra también el inicio de la prueba. Existenoscilógrafos que registran el fenómeno en cintamagnética, pantalla luminosa o digitalmente.

Las características más importantes de lososcilógrafos para exploración geotécnica seresumen en la tabla 2.


7/76


(PRIMERA PARTE)

En la figura 4 se muestra el registro de una prueba,captado en papel fotosensible; en éste se apreciael “ruido” provocado por el viento, vehículo,maquinaria, flujo subterráneo, etc.

Procedimiento de prueba. Los geófonos se hincanen el suelo a lo largo de una línea, en un extremose genera la onda y en el opuesto se coloca eloscilógrafo. La longitud de la línea estácondicionada por la profundidad a la cual interesahacer la exploración. Los geófonos se colocanequidistantes entre sí, o bien, más cercanos en elextremo en que se genera la onda; pero no amenos de 2 m y a distancias mayores en la partemás alejada, pero no a más de 20 m.

En condiciones estratigráficas simples, en que lasfronteras entre estratos sean paralelas a lasuperficie, una sola prueba puede dar informaciónsuficiente; en general es necesario realizar unasegunda prueba, generando la onda en el otroextremo de la línea.

Se han desarrollado otras técnicas de ejecución deesta prueba (bibliografía 2); así, por ejemplo, paradetectar una zona de menor velocidad serecomienda disponer los geófonos en formasemicircular alrededor del punto de tiro, de talmanera que las distancias sean constantes ypueda detectarse retraso en algunos geófonos.Para determinar las dimensiones y profundidad dela anomalía de hace variar el radio y/o la posicióndel punto de tiro. Estas anomalías puedencorresponder a zonas de baja resistencia,tubificadas, muy sueltas o con cavernas. En lafigura 5 se muestra un esquema con el tendidopropuesto.

Interpretación de la prueba. La interpretación de laprueba de refracción se basa en que la primeraonda que arriba a un geófono se propagadirectamente o bien se refracta según un ángulocrítico ( io ), figura 1, en que:

Sen io =2

1

V

V

Donde:

io = ángulo crítico.

V1, V2 = velocidad de propagación de las ondasen dos estratos en contacto.

Con los datos obtenidos de la prueba se hace unagráfica tiempo-distancia o domocrónica; en lasabscisas se dibujan las distancias de cada geófonoal punto de tiro ( di ) y en las ordenadas lostiempos de arriba ( ti ) de la onda a cada geófono;en el caso más frecuente se tienen dos de estasgráficas que generalmente se dibujan en una solatomando como orígenes los extremos de la líneade arreglo de los geófonos ( figs. 6, 7, 8 ). Laestratigrafía se infiere de la forma de esta gráfica ylas características de los materiales de lasvelocidades de propagación, deducidas también dela gráfica.

Caso 1. Estratigrafía uniforme.

En la gráfica tiempo-distancia aparecen dos rectassimétricas respecto al centro de la línea de tendido(fig. 6). La velocidad del medio es igual a latangente del ángulo formado por la vertical y lalínea.

Caso 2. Estratigrafía de dos capas paralelas.

En este caso la gráfica también es simétrica perocada prueba queda representada por dos rectas dediferente pendiente ( fig. 7 ); Las velocidades encada estrato se calculan como en el caso anterior yel espesor del estrato superior se obtiene con laexpresión.

H = )/(2

1212 VVVVdo

+−

donde:

do = distancia crítica del punto de generaciónde la onda al cambio de pendiente de la gráficatiempo-distancia.Caso 3. Estratigrafía de 2 capas concontacto inclinado.


8/76


(PRIMERA PARTE)

Geófono

V1

V2V: Velocidad de propagación de las ondas

V2 > V1

Angulo crítico

Fig. 1 Propagación de las ondas sísmicas.


9/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 2 Esquema del equipo sismográfico.

Fig 3 Esquema de un geófono tipo electromagnético

Generación de la onda Registrador

Geófono

Bobina

Imán permanente

Punta para ser hincado en el terreno

Resorte


10/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 4 Registro típico de un oscilógrafo.

0.70 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Instante de la explosiónTrazo de referencia

Señal de geófono i


11/76


(PRIMERA PARTE)

La gráfica distancia-tiempo en este caso no essimétrica ( fig. 8 ), la velocidad del estrato superior(V1) se determina como en los casos anteriores; lavelocidad del estrato inferior V2 y el echado delcontacto ( ) se calculan con las expresionessiguientes:

2

1=∞ sen-1 V1/Ud sen-1 V1/Uu)

V2 =oi

Vsen

1

iO = 2

1(sen-1 V1/Ud + sen-1 V1/Uu)

donde:

= inclinación del contacto (echado).

Uu = velocidad aparente (debida al echado) delestrato inferior cuando se mide subiendo por elcontacto. Se determina de la gráfica.

Ud = velocidad aparente (debido al echado) delestrato inferior se mide bajando por el contacto. Sedetermina de la gráfica.

Caso 4. Estratigrafía de 3 capas paralelas.

En este caso se tienen gráficas simétricas paracada prueba pero en cada una de ellas se tienentres rectas de pendiente diferente (fig. 9); lasvelocidades en los tres medios (V1, V2, V3) secalculan como en los casos 1 y 2 y lasprofundidades de los contactos (h1, h2 ) con lasexpresiones siguientes:

T2 V1 V2

h1 = 2 V2

2 - V1 2

1 V3 2 - V1

2 V2 V3

h2 = T3 –2h1

2 V1 V2 V3 2 - V2

2

donde:

T1 = tiempo de intersección al origen. Sedetermina de la gráfica.

Las velocidades de propagación de las ondaslongitudinales o primarias permiten, porcomparación, inferir los posibles tipos demateriales en cada estrato; en la tabla 3 sepresenta una recopilación de velocidadeslongitudinales ( bibliografía 2, 3, 4 ) y en la figura10 se muestra en forma de histograma.

La interpretación de un estudio geofísico es másconfiable si se apoya al menos en un sondeoconvencional.

Las velocidades de propagación de las ondas sehan correlacionado con los procedimientos deataque para movimiento de tierras; en la figura 11se resume la experiencia obtenida.

Propiedades dinámicas. Para determinar el módulode elasticidad dinámico y la relación de Poisson seacepta que el problema de trasmisión de ondas esun problema elástico, ya que las deformacionesque se inducen al medio son muy pequeñas. Sepueden obtener para la velocidad de la ondalongitudinal y transversal, las siguientesexpresiones.

Edin 1 - γ VL =

ρ (1 + γ) (1 - 2γ)Edin 1

VT = ρ 2 (1 + γ)

donde:

VL = velocidad de las ondas longitudinales,m/seg.

VT = velocidad de las ondas transversales,m/seg.

γ = relación de Poisson del medio.

Edin = módulo de elasticidad dinámico del medio,kg/m2.

ρ = masa por unidad de volumen del material,

kg seg2

m4


12/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 5 Disposición de tendidos para localizar una anomalía (las flechas indican los detectores queregistraron tiempos distintos y delimitan la anomalía), ( ref. 2)

Centro 2

Centro 3

Centro 1

vv

v

v


13/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 6 Gráfica distancia tiempo para el caso de estratigrafia uniforme

d

Segundo punto de tiro

Geófonos

did2

d1

Primer punto de tiro

ti

t2 ti

t


14/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 7 Gráfica domocrónica para el caso de 2 capas con contacto paralelo a la superficie del terreno.

d

Segundo punto de tiroGeófonos

punto de tiro

ti

t2 t1

t

di

d2

d1

d0

Medio 1

Medio 2

h V1

V2

V2>V1

Tan-1 V1

Tan-1 V2


15/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 8 Domocronica para caso de 2 capas con contacto con echado α.

S e g u n d o p u n to d e t ir o

P r im e r p u n to d e t ir o

t

V 1

V 2

V 2 > V 1

d

α


16/76


(PRIMERA PARTE)

Fig: 9 Gráfica tiempo distancia para el caso de tres estratos paralelos

d

Segundo punto de tiro

GeófonosPrimer punto de tiro

t3

t2

t

V1

V2

V3

h1

h2

V3>V2>V1


17/76


(PRIMERA PARTE)

Para determinar la velocidad de las ondastransversales se usan geófonos sensibles a lacomponente horizontal del movimiento, llamadosgeófonos de cortante.

Si la velocidad de las ondas longitudinales esmayor de 3000 m/seg se puede suponer unarelación de Poisson igual 0.30 y aplicando lafórmula se calcula Edin; el error de estadeterminación es del orden del 10%. Cuando lavelocidad de las ondas longitudinales es menor de3000 m/seg se necesita medir la velocidad de laonda transversal y usando simultáneamente lasfórmulas anteriores se puede calcular Edin.

8.1.2 Método de resistividad eléctrica.

Generalidades. El método de resistividad eléctricase basa en determinar las resistividadesaparentes de cada estrato induciendo un campoeléctrico en el sitio en estudio. Este método tieneventajas sobre el geósismico ya que puedeemplearse abajo del nivel freático y localizarfácilmente cavernas y estratos blandos que no seidentifican con el geosísmico; por ello es queambos métodos se complementan.

Para la exploración geoeléctrica se handesarrollado diversos, métodos (bibliografía 2, 3);el denominado método de Wenner es el másutilizado por su simplicidad; tiene dos técnicas deoperación: sondeo eléctrico que estudia laestratigrafía según una vertical, y rastreo eléctrico,que lo hace según una horizontal a ciertaprofundidad; combinando ambas técnicas sepuede tener una idea clara de las condiciones delsitio.

Con este método y empleando equipos portátileses posible explorar hasta profundidades de 300m; la información que se puede obtener es laestratigrafía, la posición del nivel freático y porcorrelación con la resistividad se puede inferir eltipo de material de cada estrato. La confiabilidadde la interpretación mejora siempre que se puedahacer un sondeo de correlación con obtención demuestras.

Equipo. El equipo está integrado por una fuentede poder, un voltímetro, un amperímetro, cuatroelectrodos y cables conductores; en la fig.12 se

muestra esquemáticamente el conjunto. Losequipos comerciales integran la fuente de podercon el voltímetro y el amperímetro en una unidadcompacta. En la tabla 4 se presenta unarecopilación de las características de los equiposportátiles.

Los electrodos son varillas usualmente de broncede 2 cm de diámetro y 50 cm de longitud con unextremo en punta para hincarse en el terreno. Loscables de conexión son de cobre con forro deneopreno.

Procedimiento de operación. El campo eléctricose induce al terreno con dos electrodosdenominados de corriente que se hincan yconectan con el cable a la fuente de poder y elamperímetro; entre estos electrodos se hincandos de potencial conectados al voltímetro. Con elamperímetro se mide la intensidad de la corrienteinducida al terreno y el voltímetro mide ladiferencia de potencial entre los electrodoscentrales.

Las distancias entre electrodos pueden variarsedando lugar a diferentes arreglos; en el másusual, el de Wenner, los electrodos quedan enuna línea con separación equidistante h; ladeterminación hecha es representativa delmaterial a la profundidad h.

El sondeo eléctrico se realiza manteniendo elcentro del arreglo fijo e incrementando laseparación h. En el rastreo eléctrico únicamentese cambia de lugar al arreglo sobre una retículatrazada en la superficie. Se combinan el sondeo yel rastreo para definir las condiciones geológicasdel lugar. Ambas técnicas deben iniciarsedeterminando la resistividad del estrato mássuperficial, colocando los electrodos con unaseparación menor que el espesor del primerestrato.

Interpretación. El arreglo Wenner genera uncampo eléctrico con profundidad h, ancho 0.75 h ylargo 4.5 h. De la prueba se obtiene la diferenciade potencial V y la intensidad de la corriente I; laresistividad aparente se obtiene con la expresión:


18/76


(PRIMERA PARTE)

Vρ a = 2 πh

Ιdonde:

ρ a = resistividad aparente a la profundidad h,ohms-m.

V = diferencia de potencial, volts.

Ι = intensidad de la corriente, amperes

h = distancia entre electrodos, m

Cuando se usen equipos portátiles que midenresistencia, se puede sustituir la relación por:

I

V

R= resistencia en ohms.

Sondeo eléctrico. La interpretación se hace con elprocedimiento de cálculo de Hummel, quiendedujo la expresión de la resistividad aparentepara el caso de una capa de resistividad ρ1

sobreyaciendo sobre un estrato infinito deresistividad ρ2.

Kn Kn

ρ a = ρ1 + 4 ρ1 Σ∞ -

n=1 1+(2nH/h) 2 4+(2nH/h)2

donde:

n = 1, 2, 3... ∞

H = espesor de la capa, m

h = equidistancia entre electrodos, m

ρ2 - ρ1

K =ρ1 + ρ2

Mooney y Wetzel (ref. 5) obtuvieron la familia decurvas derivadas de la ecuación anterior parasimplificar el cálculo de ρ2 y H (fig. 13). La forma

de utilizar esta gráfica es la siguiente: para ladeterminación de la resistividad del estratosuperficial (ρ1) se utiliza alguna medición hechacon una equidistancia h, menor que el espesor dela capa, aplicando la fórmula de la resistividadaparente; cuando se tenga duda de este valor, serecomienda hacer una gráfica de variación de laequidistancia h y la resistividad aparente;extrapolando se puede determinar ρ1 como elvalor de ρa cuando h tiende a cero. Conocidas ρ1 yρa para un valor de h se traza en la gráfica unahorizontal para ρa/ρ1 y se obtiene una serie devalores de K y h/H; de este conjunto de valores sedibuja la variación de K vs II ya que h esconstante para cada medición. Se dibujan lascurvas K vs H para los diferentes valores de h; silas curvas intersectan en un punto (H,K) (fig. 14)se tiene el caso de una capa sobreyaciendo a unestrato infinito. En caso de no intersectarse en unpunto, se compara la curva ρa vs h con curvasteóricas para diferentes configuraciones deestratificación que han sido preparadas poralgunos investigadores o instituciones, comoMooney y Wetzel (bibliografía 5) y CompagnieGénéral de Geóphysique (bibliografía 6). Engeneral el número de capas involucradas en unaprueba se puede detectar en la curva ρa vs h pormedio del número de cambios de pendiente.

Rastreo eléctrico. Para interpretar la prueba sehace una gráfica de distancias, de origenarbitrario al centro del arreglo, contraresistividades aparentes; las resistividades realesen cada zona a la profundidad h deben ser lasque estén localizadas fuera de las zonas detransición (fig. 15 y 16).

La exploración de toda la zona se hace, como yase mencionó, con una retícula de observaciones adiferentes profundidades; el cálculo puedehacerse con ayuda de computadoras.

La identificación de las posibles rocas o suelos sehace por correlación de los valores de laresistividad de cada estrato con valores obtenidosde experiencias anteriores como los presentadosen la tabla 5 y en la fig. 17. La correlación directacon un sondeo convencional con recuperación demuestras es siempre más confiable.


19/76


(PRIMERA PARTE)

Fig.0 Histograma de velocidades de la onda longitudinal en distintos tipos de rocas y suelos(bibliografía 3) 8.1.3 Método de relación de caídas de potencial.

00

0.2

1500

0.4

0.6

3000 4500 6000 7500 9000

Aluvión, arcilla, etc.

Arenisca, lutita.

Caliza, dolomita

Granito, metamórficas

Sal. anhidritas

VL, en m/seg


20/76


(PRIMERA PARTE)

Generalidades. Este método consiste endeterminar la relación de caídas de potencial entretres electrodos, de potencial, hincados a distanciasiguales y en una línea ortogonal a la de los doselectrodos de corriente que inducen el campoeléctrico.

Este método se utiliza para hacer exploraciones dedetalle porque tiene mayor sensibilidad que el deresistividad y es más simple de aplicarse porqueno se requiere medir la intensidad de la corriente.

Equipo. Se requieren 5 electrodos, 2 Yoltímetros,cables conductores y una fuente de poder demayor capacidad que la usada en el método deresistividad; en la fig. 18 se muestraesquemáticamente la colocación del equipo.

Procedimiento. Los tres electrodos de potencial sehincan en la línea recta, a una separación L/3, losde corriente se colocan en otra línea ortogonal a laprimera, distantes cuando menos 5L; la distanciadel electrodo de potencial del centro a la línea delos electrodos de corriente debe ser L. Laprofundidad a la que corresponde la medición quese obtiene con esta geometría es precisamente L;se hacen otras mediciones a diferentes distanciasL.

La medición de caídas de potencial se hace conlos voltímetros que unen los tres electrodos depotencial.

Interpretación. La caída de potencial entre loselectrodos, ρ1, ρ2 es V12 y entre ρ2ρ3 es V23, larelación entre estas dos caídas (RCP),correspondiente a cada distancia L, es

V12

RCPL = V23

Esta relación se mantiene constante e igual a 2siempre que el material involucrado sea el mismo;cuando sea diferente de 2 se está detectando otromaterial a la profundidad L correspondiente. Parafacilitar la interpretación se hace una gráfica RCPvs L para localizar la zona en que se presentaronanomalías que tiene RCP diferente de 2; en lafigura 19 se presenta un ejemplo de esta gráfica,donde se han dibujado cuatro curvas

correspondientes a cuatro puntos diferentes en lasuperficie respecto a los cuales se ha hecho variarL, en uno de los puntos, a la profundidad L´, sepresenta otro material.

8.2 Métodos semidirectos.

Los métodos semidirectos consisten en hincar unpenetrómetro para determinar la resistencia alcorte de los suelos y deducir indirectamente laestratrigrafía. Con el penetrómetro estándar esposible obtener muestras alteradas del suelo.

Las pruebas de penetración se clasifican, según elprocedimiento de hincado del penetrómetro, en :de penetración a presión, dinámicas y de presión-percusión. En las pruebas a presión hay doscriterios: a velocidad de deformación constante y apresión constante.

Los penetrómetros son esencialmente dispositivosde acero de forma cónica que se hincan con unacolumna de tubos de acero (fig. 20). Lasresistencias que se oponen al hincado son laresistencia en la punta (qc) y la de fricción lateralen los tubos (fs); en muchos de los diseños sebusca eliminar o controlar la influencia de laresistencia a la fricción lateral para simplificar lainterpretación de la información que se obtiene.

8.2.1 Prueba de penetración a presión.

Generalidades. Consiste en hincar un cono deacero a presión en el subsuelo para determinar suresistencia a la penetración a distintasprofundidades.

Se han desarrollado dos tipos de penetrómetrosde presión, diferenciándose en que operen contubería sencilla o doble (fig. 20). Lospenetrómetros de tubería sencilla miden la fuerzanecesaria para vencer la resistencia de punta y lafricción lateral total; los de tubería doble permitendiferenciar la resistencia de punta de la de fricción.Los penetrómetros son fabricados con acero dealta resistencia, el diámetro del cono varía entre 3,6 y 10 cm, usualmente. La fuerza axial necesariapara hincarlo se genera con un sistema hidráulicomidiendo la fuerza indirectamente con la presióndel fluido o bien con una celda de carga, con unanillo de carga o una celda electrónica.


21/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 11 Atacabilidad de algunos materiales según la velocidad de la onda longitudinal con escarificador estándar d7e (160 h.p.).

S ue lo ve ge ta l

A rc illa

T illita

R oca ig n ea

G ran ito

B asa lto

R oca in te rm e dia (D IA B A S A )

R oca s sed im e ntar ia

L u tita

A re nisca

L im o n ita

A rg ilita

C on g lo m erad o

B re ch a

C alich e

C aliza

R oca s m etam ó rficas

E sq u is to s

C ua rc ita

G n e iss

P iza rra

M ine ra le s

C arbó n

M . de h ie rro

0 1 2 3 4

A ra ble A rad o y /o e xp los ivo s E xplos ivo s

V eloc id a d en m /se g x 10 0 0


22/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 12 Esquema del equipo (resistividades, arreglo wenner).

AF

V

Fuente de poder Amperímetro

Voltímetro

Electrodo de potencial

Electrodo de corriente

h h h


23/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 13 Curvas de resistividad aparente para el caso de una capa usando el arreglo dewenner (bibliografía 3)

1

1

2

4

6

8

10

0.8

0.6

0.4

0.2

0.10.1 0.2 0.4 0.6 0.8 2 4 6 8 10

h/H

k =1.

0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

-0.6

-0.7

-0.8

-0.9

-1.0

Pa

P1

0

C1 P1 P2 C2

h h h

H P1

P2

P2-P1

k = P2+P1


24/76


(PRIMERA PARTE)

Se han construido numerosos penetrómetros depresión, entre ellos, el Holandés, el Frankipfahl y elDegebo alemanes, el Parez y el Soletanchefranceses, el G. C. y el Franki belgas. (bibliografía7). Entre todos, el penetrómetro holandés es elque más se ha difundido y para el que se tienencorrelaciones más confiables.

8.2.1.1 Penetrómetro holandés.

Generalidades. El penetrómetro holandés de conoes un penetrómetro de presión de tubería doblecon una funda deslizante para determinar lafricción lateral local (Fs) y la resistencia total depunta (Qc) independientemente. El campo deaplicación más extendido para este penetrómetroson las arenas, para las que se han desarrolladocriterios confiables de interpretación aunque seusa también en arcillas.

Fig. 14. Gráfica h vs k para el caso de una capa.

Fig. 14 Gráfica h vs k para el caso de una capa.

h 1 h 2 h iK

3 2 - 3 1

K = - - - - - - - - - - - 3 1 + 3

E S P E S O R D E L A C A P A H ( m ) .


25/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 15 Gráfica típica de resistividades aparentes para una intrusión.

Fig. 16 Gráfica típica de resistividades para el caso de un contacto.

d

h

3 3 3

3

3

INTRUSION DE MAYOR RESISTIVIDAD

3D

d

h

3 3

3

3

C O N T A C T O

3 D


26/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 17 Histogramas de resistividad eléctrica de distintos tipos de rocas y suelos (bibliografía 3).

Resistividad, en ohm/m

Rocas igneas

Rocas metamórficas

Rocas sedimentarias

Sedimentados y suelosno consolidados

10-1 10 103 105 107 109


27/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 18 Arreglo de electrodos p ara el método de relación de caídas de potencial.

Fig. 19 Gráfica típica para el método de relación de caídas de potencial.

V

VL/3

L/3

P1

P2

P3

L

C1 C2

F

d > 5L

Electrodo de corriente

Electrodo de potencial

Voltímetro

RCP

L´ corresponde a la profundidad de la anomalía

L´ L


28/76


(PRIMERA PARTE)

Características. La punta del penetrómetroholandés la integran tres piezas:

El cono de 36 mm de diámetro exterior y 10 cm2 deárea transversal, la funda deslizante de 36 mm dediámetro exterior, 13 cm de longitud y 147.02 cm2

de área lateral y el cople de unión a la tuberíaexterior (fig. 21).

La tubería exterior tiene un diámetro externo de 36mm y se acopla con cuerda en tramos de 1 m delongitud. La tubería interior tiene diámetro exteriorde 1.5 cm también en tramos de 1 m de longitud.

El sistema de carga es un mecanismo hidráulico;consta esencialmente de dos cilindros decompresión que aplican fuerza axial a cada una delas tuberías; las cargas aplicadas se determinancon manómetros conectados a cada cilindrohidráulico, el sistema está diseñado para unacapacidad máxima de 5 ton. La presión del sistemase genera con una bomba hidráulica operada conun motor de gasolina. El sistema de cargacompleto es un pequeño remolque de ruedasneumáticas, en el cual está soportado el sistemade reacción de la fuerza axial formado por dosanclas helicoidales de 1 m de longitud.

Procedimiento de operación. Se hinca elpenetrómetro aplicando la fuerza axial con lasbarras exteriores hasta llevarlo cerrado a laposición a la que se hará la prueba (fig. 21a); conlas barras interiores se hinca el cono (fig. 21b) unlongitud de 4 cm con velocidad de deformación de2 cm/seg y se mide la fuerza necesaria parahincarlo (Qc); después de esta carrera se continúahincándolo arrastrando así la funda deslizante (fig.21c) y la fuerza que se mide es la necesaria paravencer la resistencia de punta y de fricción (Rt); sedispone también de una carrera de 4 cm para estacondición de hincado. Se continúa hincando elpenetrómetro, pero ahora con la tubería exteriorpara cerrar nuevamente el aparato. Generalmentese hinca 25 cm y se hace otro juego dedeterminaciones.

Para que la información de esta prueba seaconfiable debe asegurarse que: los manómetrosestén calibrados, los tubos exteriores e interioresestén rectos, en buenas condiciones y engrasadaslas paredes.

El registro de la prueba debe incluir datosgenerales del sondeo, profundidad de cadaprueba, fuerza para hincar el cono (Qc), la funda yel cono (Rt) y observaciones; en la cláusula G sepropone un registro tipo.

Con la información obtenida se hace una gráficaprofundidad vs resistencia de punta qc yprofundidad vs fricción lateral por unidad de área,fs (fig. 22). La fricción lateral por unidad de área secalcula con:

Fs = Rt -Qc

fs = Fs / At

Donde:

Rt fuerza necesaria para hincar el cono y lafunda, kg.

Qc fuerza necesaria para hincar cono, kg.

fs fricción lateral por unidad de área, kg/cm2.

Fs fricción lateral local en la funda deslizantekg.

At área lateral de la funda = 147.02 cm2

Generalmente fs se grafica en ton/m2. Laresistencia de punta se calcula con:

qc =Qc/Ac

Donde:

Qc fuerza necesaria para hincar el cono, kg.

qc resistencia de punta, kg/cm2

Ac área transversal del cono = 10 cm2

Interpretación. La interpretación de la prueba sehace identificado en la gráfica de penetración losestratos más significativos; en la tabla 6 se anotanlas condiciones que generalmente se pueden


29/76


(PRIMERA PARTE)

presentar y con la figura 23 se puedencorrelacionar tentativamente la resistencia depunta y la fricción lateral por unidad de área conlos tipos de suelos.

1. Turba, arcillas lacustres y arcillas deconsistencia muy blanda.

2. Arena limosa suelta y depósitos de arenamuy suelta.

3. Arcillas blandas y arcillas limosas.

4. Depósitos de grava suelta.

5. Arenas sueltas o loess arriba del nivelfriático.

6. Arcillas de consistencia media y arcillaslimosas.

7. Arcillas medianamente duras.

8. Arenas limosas medianamente densas yarenas limpias.

9. Arcillas duras o arcillas limosas duras.

10. Gravas limpias posiblemente con arenafina suelta.

11. Arenas densas o mezclas densa dearena con limo o arcillas, gravasarcillosas.

12. Arcillas muy duras.

13. Gravas en una matriz de arena arcillosadensa.

14. Arena densa y mezclas de grava.

15. Grava suelta o arena limosa muy densa.

8.2.2 Prueba de penetración dinámica.

Generalidades. Las pruebas de penetracióndinámicas consisten en hincar un cono de acero,colocado en el extremo inferior de una columna debarras mediante impactos de una masa.

La resistencia a la penetración, representada por elnúmero de golpes necesario para hincar elpenetrómetro una longitud fija con una energíaestablecida previamente, se correlaciona con laresistencia al corte de los suelos.

En este trabajo se proponen dos tipos de pruebade penetración dinámica: de penetración estándary de penetración Sermes. La primera está apoyadaen una amplia base empírica que facilita suinterpretación y tiene la enorme ventaja derecuperar muestras alteradas para hacer laclasificación y pruebas índice de los suelos delsitio. La prueba Sermes es una prueba de recientecreación y aún su uso no se ha extendido perotiene amplias posibilidades de usarse por sereconómica, eficiente y confiable.

8.2.3 Prueba de penetración Sermes.

Generalidades. La prueba de penetración Sermeses una prueba dinámica, que consiste en hincar uncono de acero con una columna de tubos y unmartinete de operación neumática. Unpenetrómetro de funcionamiento similar se puedelograr simplemente con una masa en caída libre,sin embargo el diseño del martinete neumáticopermite a este penetrómetro una mayor eficiencia.El penetrómetro Sermes puede realizar un sondeode 25 m en 2 horas por la rapidez del martinete yla facilidad de operación.

El campo de aplicación en que su información esmás confiable es en arenas, aunque se disponentambién de experiencias en arcillas.

El diámetro del cono es mayor que el de los tubos(1.73 veces) para reducir a un valor despreciable lafricción y considerar que se trata de una prueba depenetración de punta; si se genera fricciónimportante se puede inyectar lodo para reducirla.

Características. El cono de penetración se muestraen la fig. 24a, es un cilindro de acero templado de70 mm de diámetro, punta de 90° y altura de laparte cilíndrica de 70 mm, tiene dos orificioslaterales para el paso de lodo.

Los tubos son de 40 mm de diámetro con marcascada 10 cm.


30/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 20 Penetrómetros de presión.

fs fs

qc qc

fs, Resistencia a la fricción lateral

qc, Resistencia de punta

∝


31/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 21 Penetrómetro holandés.

36 mm

Tubería exterior

Tubería inferior

Funda deslizante

Punta

Corte esquemático6060

13 cm.

13 cm.

( c )

( b )

( a )


32/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 22 Representación gráfica de una prueba de penetración estática.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20

0

2

4

6

8

10

12

14

0 50

10

0

15

0

20

0

25

0

30

0

40

0

50

0

60

0

70

0

80

0

90

0

10

00

11

00

12

00

13

00

14

00

15

00

25

00

Pro

fun

did

ad

, e

n m

q c

fs


33/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 23 Gráfica para clasificación de suelos en función de fs y qc.

1

2

3

4

10 30 60 100 150 200 300qc, Kg/cm

1

2

3

4

6

7

8

9

5

10

11

12 13

14

15

fs, Kg/cm2

2


34/76


(PRIMERA PARTE)

El martinete funciona como una pequeñapiloteadora, el cilindro neumático levanta la masa yal llegar a un tope la suelta en caída libre desdeuna altura constante de 40 cm.

Después del impacto a la cabeza golpeadora elcilindro se retrae y entrampa a la masa paralevantarla de nuevo y así sucesivamente. Lafrecuencia de impactos es de 52 golpes porminuto. El peso del martillo se puede ajustar conpiezas de lastre que le dan un peso total de 30, 60ó 90 kg; es interesante señalar que la cabezagolpeadora que recibe el impacto de la masa paratransmitirlo a los tubos tiene una rondana dematerial ligeramente deformable para reducir elrebote del martinete.

El cilindro neúmatico funciona con aire a presiónde 1.5 a 3.5 kg/cm2, dependiendo del peso conque se esté operando.

El consumo de aire es reducido y un compresorportátil lo satisface. El penetrómetro Sermescuenta con herramienta accesoria para facilitar laoperación.

Procedimiento de operación. Para seguir elprocedimiento detallado de operación debeconsultarse el manual del aparato; básicamenteconsiste en colocar el aparato en posición verticalcon ayuda de un tripié e iniciar la penetracióndesde la superficie. El peso del martinete se eligede acuerdo con la dificultad para penetrar; ensuelos pocos resistentes se usará con el menorpeso.

En condiciones estratigráficas inestables y queprovoquen fricción en las barras, la pruebaconduce a resultados poco confiables; en estoscasos se debe inyectar lodo bentonítico parareducir la fricción, utilizando una bomba de émbolode operación manual.

La información que se obtiene es el número degolpes para cada incremento de penetración de10 cm (N10), el peso del martillo utilizado, presión ydatos adicionales, como interrupciones,condiciones de hincado en seco o con lodo ypresión de inyección. Esta información se debeanotar en el registro de campo; el registro tipo seincluye en el capítulo 8, inciso 4 (ver 2ª parte).

Interpretación de la prueba. La prueba seinterpreta considerando válido el principio de laconservación de la energía, analizando el sistemarepresentando en la fig.25.

M2h Rd =

Se (M+P)

Donde:

Rd = resistencia dinámica kg/cm2.

M = peso total del martillo, 30, 60 ó 90kg.

h = altura de caída del martillo, cm.

S = área de la sección transversal delcono = 38.5 cm2.

e = penetración de la punta, en cm.

P = peso muerto que incluye el de lasbarras, el cono y aditamentos.

N = número de golpes para hincar elpenetrómetro una distancia e.(Para e = 10 cm N = N10).

Simplificando:

Rd = K N10

M2h K = ,Kg/cm2

10S (M+P)

Los valores de K, se presentan en la tabla 7 y conello se puede calcular el valor de Rd cada 10 cm yllenar la hoja de registro (capítulo 8.4, 2ª parte).Con los valores de Rd para cada profundidad sehace una gráfica como la mostrada en la fig. 26,para interpretar las condiciones estratigráficas.

La correlación entre la resistencia dinámica y lascaracterísticas de los suelos penetrados, seestablece a través de la resistencia a lapenetración estática (prueba de cono holandés)siguiendo los criterios que se describen acontinuación: En suelos granulares se puedeobtener la resistencia de punta (qc) con laexpresión.

Rd qc =

2


35/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 24 Penetrómetro dinámico Sermes.

c) Cilindro neumático

52 golpes/min.2000 cm14.0 Kg.

Manguera(aire a presión1.5-3.5 Kg/cm .)

Sistema de soportede pesos adicionales(30, 60, 90 Kg)

Martillo

Barra guía

Cabezagolpeadora

Barra de perforación

40 cm.

90°

70 mm

70 mm

Perforación para lodo

a) Penetrómetro 1.8 Kg.

(3.65 Kg/m).

40 mm

10 cm

Marca

b) Barra de perforación, Im:

2

3


36/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 25 Esquema del funcionamiento del penetrómetro Sermes.

h M

P

e

Rd

S

NIVEL DEL TERRENO


37/76


(PRIMERA PARTE)

Las características de los materiales se obtienencon la correlación empírica de la fig. 23considerando que la fricción lateral por unidad deárea es nula (fs = 0).

En los suelos cohesivos la correlación entreresistencia dinámica y estática es poco confiable,arriba del nivel freático puede aceptarse.

qc = Rd

Abajo del nivel freático puede desarrollarse muchafricción y además el efecto de la presión de poropuede ser muy significativo, por ello la informaciónque se obtenga sólo sirve para definir laestratigrafía.

En el caso de la prueba de penetración Sermessiempre será necesario realizar sondeoscomplementarios para la obtención de muestras,con las que se pueden establecer correlacionesque auxilien la interpretación de los sondeos depenetración.

8.2.4 Prueba penetración estándar.

Generalidades. El penetrómetro estándar consistede un tubo muestreador que se hinca a percusióny rescata muestras alteradas para identificar lossuelos y realizar pruebas índice; el número degolpes necesarios para hincarlo se correlacionacon la resistencia al corte del suelo.

El campo de aplicación de este penetrómetro es enmateriales granulares finos, pero también seemplea en suelos cohesivos.

El equipo necesario para realizar la prueba incluyeun malacate ligero y tuberías de perforación.

Características. El penetrómetro estándar debetener las dimensiones que se muestran en la figura27; la zapata debe ser de acero endurecido y debesustituirse cuando pierda su filo. El tubo intermediopuede ser partido o entero, en cuyo caso seidentifica como tubo liso, y debe tener las mismasdimensiones. La válvula de la cabeza permite lasalida del azolve durante el proceso de hincado yevita que la muestra salga del penetrómetrodurante la extracción. Se puede integrar en el

muestreador una canastilla o trampa para retenerlas muestras de arena suelta (fig. 28).

El equipo de hincado consta de una masagolpeadora de acero de 64 kg guiada con unabarra de 19 mm de diámetro. El diámetro de lamasa golpeadora es generalmente de 15 cm. Laenergía se trasmite al penetrómetro mediante unacabeza de golpeo y tubos de diámetro mínimo AW(4.44 cm). Cláusula G (ver capítulo 8 (2ª parte).Para evitar flambeo excesivo de la columna detubos de perforación en sondeos que lleguen aprofundidades mayores de 15 m, es recomendableutilizar barras de mayor diámetro BW (5.40 cm) yNW (6.67 cm).

En la fig. 29 se presenta un penetrómetro quecumple las condiciones geométricasconvencionales; la válvula esférica tiene soldadauna barra de 20 cm de longitud que permite mayorlibertad de operación como se describeposteriormente. En la fig. 30 se muestra el diseñode un martinete de hincado más eficiente que elconvencional.

Procedimiento de operación. El penetrómetro sehinca en el fondo de una perforación hecha con elprocedimiento y equipo que aseguren el mínimo deazolves en el fondo y la estabilidad de las paredesde la perforación. Se puede emplear adememetálico en suelos poco estables o bien recurrir aluso de lodos de perforación. El diámetro mínimode la perforación es de 7.5 cm.

La prueba de penetración consiste en hincar elpenetrómetro estándar de 45 cm empleando unamasa de golpeo de 64 kg con caída libre de 75 1cm, contando el número de golpes para 3segmentos de 15 cm (fig.31). Se define laresistencia a la penetración como el número N degolpes en los últimos 30 cm. Si el penetrómetro nose pueden hincar los 45 cm la prueba se suspendecuando se han alcanzado 100 golpes y porextrapolación se deduce el número de golpes N.La intención de no considerar los primeros 15 cmes evitar la zona de alteración que se produce porla perforación. El control de la profundidad dehincado se hace marcando señales en las barrasde perforación con referencia a un punto fijo. Lamasa metálica de 64 kg se levanta con un cable demanila de 19 mm y un malacate de fricción


38/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 26 Representación gráfica de una prueba de penetración dinámica Sermes.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

5 10 50 100 500 1000

Resistencia dinámica, en Kg/cm

P r

o f

u n

d i

d a

d a

,

e

n

m

2


39/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 27 Penetrómetro estándar (ref. 8).

Fig 28 Trampa de paso.

Zapata Cabeza

tubo partido

Acotaciones en mm

Esfera de acero

Ajuste adecuado

4 aberturas 12.7 mm (mín)

19.0

"A"

1.5

457.2

685.8

152.4

22.2 34.1950.8

0 25.4

Notas:

-- EL tubo partido puede ser de 38.1 mm de diámetro interior para introducir un forro de 1.5 mm de espesor.-- Se permite el uso de trampas de paso-- Las aristas en "A" deben estar ligeramente redondeadas.

76.2


40/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 29 Penetrómetro estándar

5.08

5.08

1.60

1.5

12.75

1.50

0.95

1.25

3.20

4.65

3.90

2.24

Cuerda BW3.49

3.40

4.48

4.65

1.95

5.95

5.85

ZAPATA

CABEZA


41/76


(PRIMERA PARTE)

(Continuación) Fig. 29 Penetrómetro estándar

2.54

5.06

1.00

20.00

1.27

V A L V U L AACOTACIONES EN cm.

3.49

71.12


42/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 30 Martinete de 64 kg.

Cable manila

12.70

10.15

Martinete

Acotaciones en cm.

Marca de referencia para altura de caída

6.35

Barra guía

76.20121.92

114.30

Barra AW ó BW(Ver detalle)

0.48

1.591.27

0.48

18.41 4.44

6.672.54

1.27

4.27

Detalle. golpeador en barra guía


43/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 31 Prueba de penetración estándar.

Polea

Cadena

Masa golpeadora de acero

Barra guía

Cabeza de golpeoMalacatede fricción

Barras AW, BW, NW

Penetrómetro estándar


44/76


(PRIMERA PARTE)

(cabeza de gato) cuidando que el cable sólo deuna vuelta en el malacate, para evitar que frene lacaída de la masa (fig.31).

El nivel del agua o lodo debe mantenerseconstante para evitar que ocurra flujo; en caso depresentarse artesianismo, si es posible, se debecolocar un tubo boquilla para levantar el nivel delagua y evitar el flujo. El movimiento de las barrasal introducirlas y sacarlas de la perforación debeser uniforme y lento para evitar que se produzcasucción en el fondo. En particular debe vigilarseesto en pruebas en arenas ya que los resultadospueden fácilmente alterarse por estos fenómenos.No se deben emplear brocas de chiflón dedescarga por la base.

La limpieza de la perforación es tambiénsignificativa, ya que el exceso se azolves puedeincrementar el número N. El penetrómetro conválvula de esfera y varilla permite introducir elpenetrómetro sin válvula y lavar inyectando agua através de la tubería y penetrómetro; después sedeja caer la válvula hasta su posición y se realizala prueba. De esta manera se asegura la limpiezade la perforación.

Estas pruebas deben realizarse en cada estratosignificativo; si el espesor de éste es considerable,se deben hacer varias determinaciones. Lasupervisión del ingeniero es muy importante paradefinir la frecuencia con la que deben efectuarselas pruebas. El control de la perforación se hacegeneralmente en metros, pero considerando quelas barras miden 3.05 (10 pies), puede ser másfácil controlarla en pies. El registro de campo quese utiliza para realizar estas pruebas se presentaen la cláusula G (ver capítulo 8 (2ª parte); incluyela información general del sondeo, el número degolpes de cada prueba, la clasificación de lossuelos, información complementaria e incluyevarios renglones de notas para agregar todo loimprevisto que sea significativo como tipo de lodoempleado, pérdidas del fluido, artesianismo, entreotras.

Una vez hincado el penetrómetro los 45 cm, sesube a la superficie y se extrae la muestra de él.La muestra se debe clasificar cuidadosamente deacuerdo con el criterio de campo del SistemaUnificado de Clasificación de suelos (SUCS) y se

debe describir con símbolos y con los adjetivosmás precisos capítulo 8.4 (ver 2ª parte), si esnecesario se utilizan notas aclaratorias; esta laborla debe hacer una persona formalmenteentrenada, como se discute en la cláusula F.Finalmente se protegen las muestras como sedescribe en el capítulo 5 y se adhiere en los tubosla etiqueta de identificación, capítulo 8.4 (ver 2ªparte).

Interpretación de la prueba. Con la informaciónobtenida en el campo se elabora la parte A delperfil que se muestra en la fig. 32; la clasificaciónSUCS queda sujeta a modificaciones cuando sedeterminen las características de plasticidad en ellaboratorio, parte B del perfil (fig. 32).

La forma de la gráfica y la clasificación de lossuelos permiten conocer la estratigrafía del sitio;para calificar la consistencia de los sueloscohesivos o la compacidad de los suelosgranulares se recurre a correlaciones empíricas.

La correlación entre la resistencia a la penetraciónestándar representa por N y la consistencia desuelos cohesivos se muestra en la fig. 33;conocido N se define la posible resistencia acompresión simple (qu) y la consistencia del suelo,que varía de muy blanda a durísima. Debeconsiderarse que esta prueba es poco confiableen suelos cohesivos.

La correlación empírica entre la resistencia a lapenetración estándar (N) y la compacidad desuelos granulares se muestra en la fig. 34;conocido en número de golpes N y el esfuerzoefectivo vertical a la profundidad en que se realizala prueba (σ vo) se determina un punto en lagráfica; por la zona en que quede se define lacompacidad de suelta a muy densa; si N>50 sedefine como muy compacta. La compacidadrelativa (Cr) se determina interpolando laintersección de una recta, que pase por el puntodeterminado y tenga una inclinación entre las 2rectas gruesas vecinas, con el eje de la abscisas;puede determinarse también de esta gráfica elángulo de fricción interna (3 ) si el material fueraarena media uniforme.

El valor de σ vo sólo se puede calcular conprecisión una vez que se han hecho las


45/76


(PRIMERA PARTE)

determinaciones de pesos en el laboratorio; en elcampo puede calcularse tentativamente con laexpresión.

σ vo = seco h1 + h2

σ vo = 1500 h1 + 900 h2 (ton/m2 , valoraproximado)

Donde:

h1 = profundidad del nivel freático, m

h1 + h2 = profundidad de la prueba, m

= peso volumétrico seco del material

= peso volumétrico sumergido

h2 = profundidad abajo del nivel freático

8.3 Muestreo alterado.

La obtención de muestras representativasalteradas de un sitio, permite definir suestratigrafía y determinar en el laboratorio, suspropiedades índice para clasificar los suelosencontrados; pueden hacerse también pruebasmecánicas en muestras compactadas.

Las muestras alteradas se pueden obtenermanualmente de pozos a cielo abierto, cortes yzanjas; en caso de que se requieran alcanzarprofundidades en que los métodos manuales seanineficientes se utiliza una máquina de perforacióny se obtienen muestras a percusión.

Los sondeos alterados se realizan con propósitosdiversos: como parte de una exploraciónpreliminar; para obtener muestras y correlacionarsu clasificación con resultados de estudiosgeofísicos y pruebas de penetración de conoholandés y Sermes; como parte del programa desondeos de un área grande y frecuentemente seemplean para obtener muestras de bancos depréstamo de materiales.

8.3.1 Métodos manuales.

Generalidades. Para la obtención de muestrasrepresentativas alteradas de pozos a cielo abierto,

cortes y zanjas, se empleará herramienta manualo maquinaria para hacer la excavación.

Procedimiento de operación. Las muestras setomarán a medida que progrese la excavación,conservándola en bolsas de lona si no interesamantener el contenido natural de agua y en bolsasde polietileno o frascos de vidrio de cierrehermético si es significativo conservar la humedadnatural (capítulo 5). En las bolsas o frascos seadhiere la etiqueta de identificación (capítulo 8, 2ªparte). En el caso de bancos de préstamo es usualtomar muestras integrales a lo largo de una ranuraque se hace en una de las paredes del pozo, paraestudiar el material que se podría obteneratacando el frente completo del banco.La exploración mediante pozos a cielo abierto esun procedimiento que con la profundidad se hacemuy lento y costoso; la profundidad máxima a laque usualmente se hacen es de 15 m, cuando elabatimiento del nivel freático es factible; enmateriales muy permeables llega a serexcesivamente costoso.

En el capítulo 8 (ver 2ª parte) se describe elcriterio de ademado de los pozos a cielo abierto.

Se pueden obtener muestras representativasalteradas también con herramientas manuales deperforación como la pala posteadora y las brocashelicoidales (fig. 35), Las muestras se protegencomo se describe en el capitulo 5 y se adhiere enlos recipientes la etiqueta de identificación,capítulo 8 (ver 2ª parte). La profundidad máximaque se puede alcanzar con las herramientasanteriores es de 10 m.

8.3.2 Muestreo a percusión.

Generalidades. Se requiere una máquinaperforadora que permita alcanzar mayoresprofundidades que con herramientas manuales. Laperforación puede hacerse con alguno de losmétodos descritos en el capítulo 8 (ver 2ª parte).

Procedimiento de operación. Para obtenermuestras representativas alteradas se usageneralmente el penetrómetro estándar (4.2.4). Sehan desarrollado otros muestreadores pero han


46/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 32 Gráfica de una prueba de penetración estándar.

5

10

15

20

25

30

10

20

30

40

50

60

70

80

90

20 40 60 20 40 60 80

PENE TRACIO N EST ANDA R

WLP LL

REC. " / "CLA SIFICA CIO N

M UESTRA No:

P RO F . m - ft

TO RCO M ETRO S v XCO M P: S IM PLE q u/2 °

1 kg /cm 2 2PRO PIE DA DE S

1 7/3 0

28 /3 0

C L

C afé C LTS -1

F-1-F2 M L gris, grano so

C K gris C H

F-3F-4 SM

F-5 gr is, fina

F-6F-7

SP-SM SP -SMgr is, fino con g ra vasF-8

F-9SM

F-10 gr is m uy finaSM

O H café obscuro

F-11-F -12 G Pgr is, con are nam ed ia y gruesaF-13-F -14O H café obscuro

F-15 SMgr is ve rd oso, fina ym ed ia, c on gravasais lad as SM

F-16

O H café obscuroF-17-F -18

F-19-F -20 O H café obscuro

F-21

F-22SM

gr is m uy finaF-23

F-24 SM

F-25

TS -2

A B C

PERF IL ESTRATIGRAF ICO

P EM EX EXPLO RACIO N YP RO DUCCIO N

F ECHA DE EJEC UCION

SO NDEO

EQ UIPO PERFO RAC IO N

X = X =

SUPERVISOR F ECHA LABOR ATO RIO

Z =

R EVISO

H OJA


47/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 33 Correlación entre n y q u. identificación en el campo, (ref 9).

2

5

10

50

100

0 10 20 30

qu, en t/m

qu = 1.5 N

N

Muy blanda

Blanda

Media

Dura

Muy dura

Durísima

Facilmente penetrable con el PUÑO (varios centímetros)

Facilmente penetrable con el PULGAR (varios centímetros)

Puede ser penetrada con el PULGAR con un esfuerzo moderado (varios centímetros)

Facilmente marcada con el PULGAR pero penetrada solo con gran esfuerzo

Facilmente marcada con la UÑA DEL PULGAR

Marcada con dificultad por la UÑA DEL PULGAR

IDE

NT

IFIC

AC

ION

DE

CA

MP

O

CO

NS

IST

EN

CIA

2


48/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 34 Correlación entre n , y Cr.vo

0

10

20

30

0 20 40 60

100

90

40 50 60 70 80 Cr, en %

Suelta Media Densa Muy densa

35 65 85

Valores tentativos de 0 para arena media uniforme como suelo típico

0

Cr

vo, en ton/m

N

30 35 40

2


49/76


(PRIMERA PARTE)

caído en desuso. Se pueden obtener muestrasalteradas directamente del suelo que sale de laperforación, en particular cuando se usan brocashelicoidales. Prueba poco recomendable porquelas muestras están contaminadas y no se precisala profundidad de obtención.

8.4 Muestreo inalterado.

Los objetos que se buscarán con un sondeoinalterado son: definir la estratigrafía del sitio yobtener muestras que conserven la estructura delsuelo (muestras inalteradas) para realizar con ellaspruebas mecánicas que permitan interpretar sucomportamiento bajo las condiciones de trabajoque se impondrán. La extracción de muestrasinalteradas se puede hacer con métodos manualeso con muestreadores adecuados a las diferentescondiciones que pueden presentarse. Losmuestreadores que se describen en estaespecificación son los que han demostrado ser demayor utilidad y simplicidad de operación; no seincluyen muestreadores muy especializados quequedan fuera de una exploración convencional.

8.4.1 Métodos manuales.

Generalidades. Consisten en labrar muestrascúbicas en pozos a cielo abierto, cortes o zanjas,con herramienta manual. Las muestras asíobtenidas pueden ser las de menor alteraciónposible si la operación se hace correctamente peroel método es poco aplicado por su baja eficiencia ycosto elevado.

Equipo. Se requieren picos, palas, espátula,parafina, manta de cielo, brochas y etiquetas deidentificación de muestras (capítulo 8, ver 2ªparte).

Procedimiento de operación. Se inicia la operaciónlimpiando y nivelando el terreno en un área deunos 50 cm de diámetro, luego se marca lasección deseada y se labran los lados de lamuestra; si el suelo es muy blando se cubre lamuestra con manta de cielo o con una caja (fig.36); luego se proteje la muestra con parafina ybrea (20% brea), finalmente se recorta su base yse cubre con la misma mezcla. Se debe hacer unregistro detallado del sondeo incluyendo laestratigrafía y profundidades a las que se toman

las muestras; en el capítulo 8 (2ª parte) se incluyeun registro tipo. Las etiquetas de identificación sedeben fijar en la parte superior de las muestras,orientándolas al norte.

8.4.2 Tubo de pared delgada (Shelby).

Generalidades. El tubo de pared delgada, conocidotambién como tubo Shelby, se hinca a presión enel suelo para recuperar muestras relativamenteinalteradas. Este muestreador es el de uso másdifundido para el muestreo de suelos, finosblandos o semiduros y opera arriba y abajo delnivel freático. Características. Este muestreadorestá constituido por un tubo metálico, usualmenteacero o latón, montado en una cabeza que lo unea la columna de barras con que se hinca,aplicando presión desde la superficie.

El tubo es usualmente de 7.5 ó 10 cm de diámetroexterior con espesor máximo de pared de 1.5 mmy longitud generalmente de 90 cm.

La cabeza tiene perforaciones laterales para aliviarla presión dentro del muestreador y una válvulapara proteger a la muestra de las presioneshidrodinámicas que se generan al extraerlo.

En la fig. 37 se presenta este muestreador con dostipos de unión entre el tubo métalico y la cabeza,el primero con cuatro pernos “allen” y empaquesaro-sello; en el segundo la unión se hace concuerda repujada semicircular tipo “rope” que norequiere de empaque por el ajuste de la cuerda(bibliografía 10). Este segundo tipo de unión hamostrado ser más confiable aún en suelos duros.

EL hincado de este muestreador origina esfuerzosque se ejercen sobre la muestra (fig.38).

W = peso de la muestra

p = presión del fluido sobre la muestra

N = fuerza normal

F = fuerza de fricción

u = presión de poro en la base

RT = resistencia a la tensión del suelo


50/76


(PRIMERA PARTE)

H = longitud hincada

L = longitud de la muestra

Las fuerzas normales y de fricción se reducencuidando que la punta del muestreador tenga lageometría de la fig. 39 y se cumplan las relacionesgeométricas siguientes:

De 2 – Dm

2

relación de áreas = < 10% Dm

2

D1 Dm

relación de diámetros = < 2% Dm

Donde:

De = diámetro exterior

D1 = Diámetro interior

Dm = Diámetro de la muestra

La presión del fluido sobre la muestra es muysignificativa durante la extracción, por ello lasbarras deben sacarse lentamente pues la muestrase puede salir por exceso de presión en caso deque la válvula no selle correctamente; esta presiónhace también necesario el empaque de aro-sello ola unión de cuerda.

Para la extracción, si la resistencia a la tensión essignificativa, se gira el tubo antes de subirlo pararomper la base de la muestras.

La cantidad de la muestra se juzga por la relaciónde recuperación expresada por:

LRec = (100)

H

donde:

Rec = relación de recuperación, %

Un muestreo de buena calidad es aquel en el quela relación de recuperación se acerca a 100%.

En la fig. 37 se muestra una válvula esférica conuna barra de 20 cm, alternativa de la válvulaconvencional esférica, que permite mayor libertaden la operación como se describe adelante. Lostubos deben estar pintados por dentro para reducirla corrosión.

Procedimiento de operación. Este muestreador sehinca a velocidad constante entre 15 y 30 cm/seguna longitud de 75 cm (considerando tubos de 90cm de largo) para dejar 15 cm libres se alojan losazolves que pudieron quedar; se deja un minutoestático para que la muestra expanda en el interiory aumente su adherencia; se gira el muestreadorpara cortar la base de la muestra y se saca alexterior donde se limpia, clasifica y protege(capítulo 5 y 8).

En el registro de campo (capítulo 8, ver 2ª parte)se anotan los datos generales del sondeo, laprofundidad de la parte superior de la muestra, lapresión del sistema hidráulico de fuerza axial de laperforadora, la relación de recuperación y la horade extracción de la muestra.

En el tubo se adhiere la etiqueta de identificaciónmostrada en el capítulo 8 (2a parte) agregándosela relación de recuperación.

8.4.3 Barril tipo Denison.

Generalidades. Este muestreador consta de dostubos concéntricos montados en una cabeza conbaleros; el tubo exterior gira para cortar al suelomientras que el interior permanece sin girar y porpresión toma la muestra. Durante el muestreo seinyecta agua o lodo que circula entre los dos tubos,enfriando así a la broca y arrastrando al exterior elmaterial cortado.

El barril Denison puede muestrear los suelos enlos que el tubo Shelby no puede penetrar, como elcaso de arcillas duras, limos compactados ocementados con pocas gravas. Abajo del nivelfreático se puede utilizar agua a lodo como fluidode perforación, arriba del nivel freático esnecesario utilizar lodos para disminuir lacontaminación que provoca el agua.


51/76


(PRIMERA PARTE)

Fig 35 Herramientas manuales para muestreo alterado (ref. 11).

Barreno helicoidal

Pala posteadora


52/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 36 Procedimiento de obtención de muestras cubicas.

(a) (b)

(c) (d)


53/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 37 Tubo de pared delgada (ref 10)

2.40

6.0

2.01.0

0.6

3.7

3.7

2.6

1.60

2.95

1.27

91.4

1.20

0.20

7.62

7.22

Tubo

Aro sello de hule

Perno allen

0.95

Unión con pernos allen

AWCuerda BW NW

Perforación

Cuerda repujada tipo "rope"

Válvula con barra

Tubo

Unión con cuerda

Acotaciones en cm

2.7

Válvula esférica


54/76


(PRIMERA PARTE)

Caracteristicas. En la fig. 40 se muestra el diseñomás convencional del muestreador Denison quetiene tubos exterior, interior y camisa para alojar lamuestra, la cual es usualmente de 10 cm dediámetro y 55 cm de altura; los 16 cm que restandel tubo son para los azolves que no hayan sidoeliminados.

Un detalle muy significativo en el muestreadorDenison es que la posición relativa del tubo interiorrespecto a la broca es ajustable. La distancia d (fig.41) entre el tubo interior y la broca debe variarsecon el tipo de suelo; en la tabla 8 se anotan losvalores usuales.

La broca de corte es una pieza de acero, conpastillas de carburo de tungsteno en las partes demayor desgaste; básicamente puede cortar entoda el área simultáneamente o en escalones paradisminuir las vibraciones (fig. 42).

Recientemente se han desarrollado diseños demuestreadores Denison en los que se sustituye altubo inferior con camisa por tubos de pareddelgada y con ello se obtienen muestras de mejorcalidad; estos tubos son iguales a los descritos enel párrafo capítulo 8.4.2; incluso tienen cuerdarepujada para fijarse a la cabeza.

Procedimiento de operación. Se baja elmuestreador al fondo de la perforación, ajustandopreviamente la distancia d según el suelo que seesté muestreando (tabla 8), se hinca unoscentímetros para evitar que el tubo inferior gire ydespués se inicia la rotación aplicandocontinuamente presión. La velocidad de rotaciónvaría entre 50 y 200 r.p.m. La longitud de muestreodebe ser menor que la longitud del tubo para poderalojar los azolves; en el Denison que usa tubo depared delgada se pueden obtener muestras de 10cm de diámetro y 75 cm de longitud con tubos de90 cm de largo. Una vez alcanzada la longitud demuestreo se extrae el muestreador y de él lamuestra, protegiéndola inmediatamente despuésde hacer la clasificación (capítulos 5 y 2ª parte). Seanotan en el registro los datos generales delsondeo y se adhiere a la muestra la etiqueta deidentificación ver fig. 78 (ver 2ª parte).

8.4.4 Muestreador Pitcher.

Generalidades. Este muestreador es similar alDenison que utiliza tubos de pared delgada, salvoque tiene un resorte axial en la cabeza pararegular automáticamente la distancia entre la brocay el tubo interior. Los suelos en los que el uso deeste muestreador es adecuado son los que tienenestratos de diferentes durezas y espesores: enellos se pueden obtener mejores muestras que elDenison.Características. El muestreador Pitcher tiene dostubos concéntricos separados por baleros radialesque mantienen sin girar el tubo interior que aloja lamuestra, mientras que el exterior, que lleva labroca, gira, unido a la tubería de perforación. Unresorte axial separa el tubo interior y el exterior (fig.43). El tubo interior satisface las características detubo de pared delgada (8.4.2) para asegurar labuena calidad del muestreo; el diámetro de lamuestra puede ser 7.5 ó 10 cm y su longitud de 75cm. La broca de corte tiene ocho dientes de sierracon pastillas de carburo de tungsteno en la zonade ataque.

Procedimiento de operación. Al introducir elmuestreador a la perforación, el tubo interior quedasaliendo del tubo exterior y obturando el espacioanular entre los tubos; simultáneamente la válvuladeslizante queda abierta (fig. 43a).

Cuando el muestreador está por tocar el fondo dela perforación, se inyecta agua o lodo que sale porel tubo interior eliminando así los azolves. Cuandoel tubo interior toca el fondo queda estático y eltubo exterior continúa bajando; se abre el espacioanular y el fluido sale por él. Después, el resortetoca la cabeza transmitiendo la fuerza axial al tubointerior quedando el muestreador preparado parainiciar el muestreo.

En el muestreo de materiales blandos el resorte secomprime poco y el extremo del tubo interior quedafuera de la broca hasta 15 cm (fig. 43.b); si elmaterial es duro se comprime el resorte, quedandoel tubo interior hasta 1.2 cm por dentro de la broca(fig. 43.c). la posición relativa entre los extremosdel tubo interior y de la broca queda condicionadapor la dureza del material, quedando en el resorteuna energía que impulsa al tubo de pared delgada


55/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 38 Esfuerzos de muestreo.

Fig. 39 Geometría del tubo de pared delgada.

P

N

F

W

U

RT

L H

Perforación

De

Di

Dm 1.2 cm. (mínimo)


56/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 40 Barril tipo denison (ref. 11).

10.2 61 25.4 34.5

1514.9

Broca

Zapata

Tubo inferior

Camisa

Válvulade pie

Tuboexterior

Cabezaembalerada

Para barra "N"

Acotaciones en cm.


57/76


(PRIMERA PARTE)

al encontrar un material blando después de unmaterial duro.

En suelos blandos el muestreador Pitcher funcionacomo tubo de pared delgada, la zapata sirve sólopara recortar el material alrededor del tubo y ensuelos duros funcionan como muestreadorDenison logrando con este mecanismo muestrasde buena calidad.

La velocidad de rotación para este muestreadorvaría entre 100 y 200 r.p.m., el gasto del fluido deperforación, agua para muestreo bajo el nivelfreático y lodo para muestreo sobre el nivelfreático, varía de 80 a 240 lt/min; con presiónmáxima de 15 kg/cm2. La longitud de hincado esde 75 cm para tubos de 90 cm.

El tubo con muestreo se sube a la superficie y selimpia para identificar el material y luego seprotege (capítulos 8).

Se anotan en el registro de campo los datos delsondeo y se adhiere al tubo la etiqueta deidentificación (capítulos 8).

8.4.5 Muestreador de pistón libre.

Generalidades. Los muestradores de pistón seclasifican en: de pistón fijo, pistón retráctil y pistónlibre; los dos primeros requieren tubería dobleconcéntrica para su operación, lo que los hacepoco eficientes comparativamente con el de pistónlibre que sólo requiere tubería simple. Existendiversos diseños de muestreadores de pistón libre,algunos tan compactados con el sueco (bibliografía14). En esta especificación se muestra el diseñode Meijn (bibliografía 14) adaptado para utilizar lostubos de pared delgada convencionales (8.4.2). Elcampo de aplicación de los muestreadores depistón está en los suelos muy blandos, en los quefácilmente se pueden perder las muestras cuandose utilizan tubos de pared delgada, por la presiónque ejerce sobre ellas el fluido de perforación quequeda en el muestreador y que con el muestreadorde pistón se elimina formándose vacío.

Características. Este muestreador de pistón libreconsta de un tubo de pared delgada montado enuna cabeza con un mecanismo de pasador que fijael pistón en su posición inicial (fig. 44); el pistón se

fija en otra posición con ayuda de esferasmetálicas (balines) que deslizan en un planoinclinado y que por fricción sostienen a la barravertical, estos balines están dentro de una cajallena de aceite. El pistón sella contra el tubo depared delgada con empaques aro-sello y tiene ensu parte inferior una veleta de 4 aspas parahincarlo en el suelo.

El muestreador puede ser de 7.5 ó 10 cm dediámetro y rescatar muestras de 75 cm de longitud.

Procedimiento de operación. La operación se iniciahincando la veleta en el suelo, después se gira elmuestreador 90°, quedando fijo el pistón y la barrainterior, para soltar el pasador y liberar el pistón:enseguida se hinca el muestreador de formasimilar al tubo Shelby (8.4.2); terminando elmuestreo se extrae el muestreador, se limpia y seidentifica y protege la muestra (capítulos 5 y 8). Enel registro se anotan los datos del sondeo y seadhiere al tubo la etiqueta de identificación (ver 2ªparte).

8.4.6 Tubo rotatorio dentado.

Generalidades. Este muestreador es un tubo depared delgada con dientes de sierra que opera arotación; su desarrollo es muy reciente y aún no setienen suficientes experiencias que permitanconocer su rango de aplicación (bibliografía 10),básicamente funciona en los suelos en los que elDenison y el Pitcher son adecuados; la ventajasobre estos muestreadores en su simplicidad deoperación y bajo costo.

El estandar ASTM- D 1587-67 (ref. 15) recomiendaevitar el muestreo con tubos Shelby a rotación,pero no excluye específicamente el uso de tubosdentados; de todas maneras es necesarioacumular experiencias con este muestreador endiferentes suelos.

Características. El tubo rotatorio dentado es igualal tubo de pared delgada con cuerda repujada tipo"rope" descrito en 4.4.2; salvo que en la parteinferior tiene ocho dientes de corte dispuestossimétricamente (fig. 45) que miden de 0.8 a 1 cmde altura y 3 cm de base; la sierra se forma con undiente recto y otro doblado 0.2 cm hacia el exterior,con objeto de reducir la fricción entre el

Prim

era Edición

P.2.0111.01: 2001 U

NT

58/76

EX

PLO

RA

CIÓ

N Y

MU

ES

TR

EO

DE

SU

ELO

S P

AR

AP

RO

YE

CT

OS

DE

CIM

EN

TA

CIÓ

N

(PR

IME

RA

PA

RT

E)

Vías para fluidode perforación

b) escalonadoa) Simple

d

Tubo exterior

Broca

Tubo interior

Fig. 42 Tipos de brocas denison (corte)Fig. 41 Ajuste del muestreador denison ( corte).


59/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 43 Muestreador de pistón libre.

Cuerda BW

Tornillo

Cabeza

Empaque

Aceite

Aro-sello

Esferas de acero

Barra interior (aluminio)

Tubo de pared delgada

Empaque aro-sello

Veleta de 4 aspas

7.5 cm

23 cm

80 cm

90 cm

CORTE A-A

CORTE B-B


60/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 44 Muestreador Pitcher (ref. 13).

Soporte

Válvula deslizante (abierta)

Regreso del fluidode perforación

Resorte

Válvula

Tubo exterior giratorio

Broca

Tornillo del tubo interior

Tubo interior fijode pared delgada

(a)(b)

Tubo deperforación

Válvula deslizante(cerrada)

(c)

Fluido de perforación


61/76


(PRIMERA PARTE)

muestreador y el suelo. El diámetro del tubo es 7.5ó 10 cm y su longitud 90 cm.

Procedimiento de operación. Este muestreador seopera a rotación con velocidades menores que 100r.p.m. y presión vertical para que avance convelocidad de 5 cm/seg; la longitud de la muestra esde 75 cm como máximo.

Las muestras obtenidas con este muestreadorpresentan alteración de la zona perimetral, de 2 a4 mm de espesor.

Los tubos con la muestra se limpian, identifican yprotegen (capítulos 5 y 8). Se anotan en el registrolos datos del sondeo y se adhiere al tubo laetiqueta de identificación (capítulo 8).

8.4.7 Barriles muestreadores.

Generalidades. El muestreo de suelos muy duros yrocas se realiza con barriles muestreadores quetienen broca de insertos de carburo de tungsteno odiamantes industriales. Los barriles muestreadoresse pueden clasificar en: barril sencillo, rígido ydoble giratorio. Este último es el más confiablepara obtener muestras de buena calidad, constade dos tubos concéntricos montados en unacabeza con baleros que permiten que el tubointerior permanezca sin girar. Los fabricantes deestos equipos han desarrollado diferentes modeloscon características diversas que han llegado hastala complejidad del sistema de perforación concable (wire line) para la exploración geológica. Enla exploración geótecnica generalmente no seprofundiza excesivamente en roca y se puedenutilizar barriles muestreadores dobles giratorios.Los barriles muestreadores se identifican según sudiámetro como EX, AX, BX y NX y las muestrasque se recuperan varían de 22 mm a 54 mm dediámetro; en la exploración geótecnica se debenobtener muestras NX de 54 mm de diámetro yaque a mayor diámetro se incrementa la calidad delmuestreo, particularmente en rocas fracturadas.

Características. El barril doble giratorio serie L semuestra en la fig. 46, tiene una longitud de 3 m yestá integrado por dos tubos concéntricosmontados en una cabeza con baleros paraindependizar sus movimientos, su característicamás importante es la válvula de paso, constituida

por una rondana de hule de deformidad calibrada,que cuando se acuña la muestra se ejerce unafuerza sobre esta rondana y se expandeimpidiendo el paso al agua, aumentando así lapresión del fluido de perforación. El anillo estriado(core lifter) impide que la muestra salga delmuestreador; en formaciones muy fracturadas seutiliza una canastilla de láminas flexibles de acero(fig. 46).

La broca y la rima son piezas de acero condiamantes industriales, su procedimiento defabricación permite gran elasticidad en su diseño.Las características que deben tenerse en cuenta alelegir la broca y la rima son las siguientes;

a) El número y tamaño de diamantes, que sedefine en base a la tabla 9.

b) La dureza del metal de la matriz en las que seempotran los diamantes. En la tabla 9 seresumen las posibilidades entre las que sepuede elegir.

c) La forma, que básicamente puede serescalonada o convencional (fig. 42) y quepuede tener un número variable de canalespara salida del fluido de perforación,usualmente 2 a 8. La forma escalonada, quereduce las vibraciones durante la perforación,es adecuada en formaciones blandas en lasque la perforación avanza rápidamente; Laforma convencional es de uso general, yadecuada en formaciones duras y/ofracturadas.

Para la elección de la broca se debe tener laasesoría del fabricante para reducir lasposibilidades de error, que siempre será costoso.

Procedimiento de operación. En el muestreo conbrocas de diamante los factores más significativosque deben considerse son: la velocidad derotación, la fuerza axial sobre la broca y el gastodel fluido de perforación que se inyecte. Laexperiencia del operador y el cuidado en lasupervisión son también muy significativos.

La velocidad de rotación de las brocas es funciónde la dureza de la roca y del diámetro de aquéllas,porque experimentalmente se ha encontrado que


62/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 45 Tubo rotatorio dentado (ref. 10).

A A

0.2

Sentido de la rotación

0.8 a 1.0

0.291.4

7.62

CORTE A-A

VISTA SUPERIOR Acotaciones en cm.


63/76


(PRIMERA PARTE)

la velocidad tangencial más adecuada varía de 1 a4 m/seg; en la tabla 10 se anotan los valores másusuales de operación.

La fuerza axial que se aplica al barril es función dela dureza de la roca, del número de diamante quetiene la broca y de la fuerza que puede aplicarse acada diamante; en la tabla 11 se presenta unacorrelación que puede servir de orientación paradefinir esta fuerza.

El fluido que se inyecta a la perforación, agua olodo, sirve para arrastrar el material cortado yenfriar la broca; considerando que los fragmentosde roca tienen un tamaño medio de 1 mm y que elfluido sea agua, se requiere una velocidad de flujode 0.3 a 0.6 m/seg (0.5-1.0 lt/seg para diámetro Ny 0.3-0.6 lt/seg para diámetro B), dada ladimensión del espacio anular.

Como se mencionó anteriormente, cuando lamuestra se acuña la válvula de hule se expande yhace que la presión del fluido de perforaciónaumente; el operador al percatarse por elmanómetro de la bomba, debe aliviar la fuerzaaxial impuesta a la tubería y comprobar si laobstrucción desaparece. Si no es así, deberá sacarel barril; de esta manera siempre se obtendránmuestras de buena calidad.

En formaciones muy fracturadas será necesarioestabilizar la perforación empleando adememetálico con zapata de diamantes o bien utilizandocemento para llenar la zona inestable; una vez quefragüe, se reinicia la perforación.

La calidad del muestreo se debe juzgar a travésdel por ciento de recuperación (Rec) calculandocon:

Longitud de la muestraRec (%) = 100

Longitud de muestreo

Si la recuperación es mayor de 85% el muestreoes bueno y si es mayor de 95% es excelente.

La clasificación y descripción de las muestras debehacerse usando las ideas expuestas en el capítulo8. Será conveniente tomar fotografías a color de

las cajas en que se colocan las muestras, descritasen el capítulo 5.

La información que debe recopilarse durante laejecución del muestreo de rocas (capítulo 7),incluye el índice de calidad de la roca (RQD =Rock Qualty Designation) que se calcula con:

suma de las longitudes de los tramos de muestra mayores de 10 cm de longitud

RQD (%) = 100 longitud de muestreo

Los tramos de roca que ajusten con precisióndeben tomarse como uno solo.

En el cuadro de observaciones deben registrarse,en caso de haberse presentado , el acuñamiento,el uso de ademes y su tipo, la pérdida del fluido deperforación ya sea total o parcial, la naturaleza delos cortes sacados por el fluido de perforación, eldescenso brusco del muestreador y cualquier otracondición que se considere de utilidad para laexploración.

9. Protección transporte y conservaciónde muestras.

9.1 Muestras representativas alteradas.

Estas muestras deben protegerse decontaminación de otros materiales y de loscambios de humedad si se necesita conocer elcontenido natural de agua. Para ello se utilizaránfrascos de vidrio de boca ancha, de 0.5 lt decapacidad con tapa hermética; se pueden sellaradicionalmente con una mezcla de parafina y brea(20% brea) que permite conservar el contenidonatural de agua durante meses. Debe cuidarse quecada frasco quede identificado como se describeen la capítulo 8.

Pueden usarse también bolsas de polietileno comorecipientes, aunque son poco confiables. En loscasos en que no interese el contenido natural deagua se pueden utilizar bolsas de lona; debetenerse cuidado que cada bolsa esté identificadacon la etiqueta descrita en el capítulo 8.


64/76


(PRIMERA PARTE)

Fig 46 Muestreador de barril doble giratorio serie L (ref. 16).

Cabeza

Válvulade paso

Baleros

Tubo interiorno rotatorio

Tubo exteriorRima

Broca

Canastilla

Anillo estriado


65/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 47 Soporte para tubos shelby

30 cm

30 cm

Según diámetro del tubo

Varilla 7.5 mm

Tubo


66/76


(PRIMERA PARTE)

Fig. 48 Veleta de limpieza.

Según diámetro de tubo

1.2 cm

80 cm


67/76


(PRIMERA PARTE)

Los frascos y las bolsas de polietileno secolocarán en cajas de cartón o madera para sertransportadas.

9.2 Muestras inalteradas.

Las muestras inalteradas deben protegerse decontaminación, cambios de humedad ytemperatura, golpes y vibraciones.

Los cubos labrados in situ se van protegiendomientras se van labrando (4.4.1) con una mantade cielo impregnada con una mezcla de parafina ybrea (20 % de brea) que se aplica con una brochacuando la mezcla está a punto de solidificarse (60°a 70° ), para que sufra menores contracciones yagrietamientos; se colocan después en una cajade madera con empaque de serrín húmedo de 5cm de espesor, que debe cubrir todas las caras dela muestra.

Las muestras obtenidas en tubos metálicos secolocan en el soporte mostrado en la fig. 47, selimpian y eliminan de ellos los azolves y la zonaalterada; para esto se utiliza la veleta de limpieza(fig. 48) que corta como cepillo de carpintero.Luego se clasifica el material muestreado (capítulo8), se mide la longitud recuperada y finalmente sesellan sus extremos con la mezcla de parafina ybrea indicada antes.

Los tubos con muestras inalteradas debentransportarse en cajas de madera recubiertasinferiormente con una placa de hule espuma de7.5 cm de espesor; esta medida reduce a unmínimo la posibilidad de que las muestras pierdansu estructura original debido a golpes yvibraciones.

Al llegar los tubos al laboratorio se cortan entramos de 25 cm, se extraen de ellos las muestrascon un gato hidráulico, se envuelven con plásticoauto-adherible y se protegen con tela, parafina ybrea. Al hacer lo anterior se debe reclasificar elmaterial y tomar una porción de él para realizar laspruebas índice.

Las muestras así protegidas se conservan en uncuarto con humedad de 100%. Debe tenersecuidado de que al almacenar las muestras queden

plenamente identificadas con la etiquetacorrespondiente (capítulo 8).

9.3 Muestreo de roca

Las muestras de roca se colocan en cajas demadera acanaladas, de 10 x 50 x 100 cm.

10. Bibliografia.

1. DEPARTAMENT OF THE NAVY, DesingManual Soil Mechanics Fuondations andEarth Structures, NAVFAC dM-7,1971.

2. DOBRIN M., Introduction to GeophysicalProspecting, McGraw Hill Book CompanyInc. 1961.

3. GRANT F. And WEST G., InterpretationTheory in Applied Geophysics. McGrawHill Book Company Inc. 1965.

4. OLHOVICH V., Curso de sismologíaaplicada. Ed. Reverté S.A. 1959.

5. MOONEY H. And WETZEL W., ThePotentials about a Point elec-andApparent Resistivity Curves for a Two-Three-and Four-Layered Earth. TheUniversity of Minnessota Press,Minneapolis 1956.

6. La Compagnie Générale deGeóphysique. Abaques de SondageElectrique. Geophysical Prospecting, Vol3, suplemento 3, 1955.

7. SANGLERAT G., The Penetrometer andSoil Exploration, Elsevier PublishingCompany, 1972.

8. ASTM Designation: D 1586-67, StandardMethod for Penetration Test and Split-Barrel Sampling of Soils.

9. MALCEV A., Interpretation of StandardSpoon Penetration Testing, TheEconomic Use of Soil Testing in siteInvestigation, Birmingham, 1964.

10. SANTOYO E, MONTAÑEZ L. YMONTEMAYOR F, ExploraciónGeotécnica de la 2a. Etapa de laSiderúrgica Lázaro Cárdenas- Lastruchas SICARTSA, México, 1975.


68/76


(PRIMERA PARTE)

11. Secretaría de Recursos Hidráulicos,Manual de Mecánica de Suelos, 1970.

12. CAMBEFORT H., Perforaciones ySondeos, Omega 1968.

13. WINTERKORN H. And FANG H. (ed),Foundation Engineering Handbook, VanNostrand Reinhold Company.

14. HVORSLEV M, Subsurface Explotationand Sampling of Soils for CivilEngineering Purposes, ASCE, 1949.

15. ASTM Designation: D 1587-67, Thin-walled tube Sampling of Soils.

16. E.J. Longyear Company, CatálogoLongyear World No. 2.

17. Christensen Diamond Products, Utiles deDiamantes y su Empleo en Sondeospoco Profundos.

18. CADLING I., y ODENSTAD S, The VaneBore, Royal Swedish GeotechnicalInstitute, Proc. 2, 1950.

19. MARSAL R. Y MAZARI M, El Subsuelode la Ciudad de México, Instituto deIngeniería, UNAM, 1962.

20. ASTM STP 399, Symposium on VaneShear and Cone Penetration ResistanceTesting of in-situ Soils, 1966.

21. SANTOYO E., Cambios en laResistencia al Corte de las Arcillas delLago de Texcoco debidas aConsolidación y Explosiones, VolumenNavor Carrillo, México 1969.

22. SANTOYO E., Mediciones con Veleta dela Resistencia al Corte de los Suelos dela Cimentación de la Presa Cerro de Oro,Instituto de Ingeniería, 1975.

23. Ministere de l’Amenagement duTerritoire, de l’Equipment, du Logementet du Tourisme. Foundations Courantes.D’Quvrages d’Art, found 72. LCPC Setra.

24. Comisión federal de Electricidad, Manualde Diseño de Obras civiles, México 1970.

25. Baroid Division, Baroid Drilling Mud DataBook.

26. VELAZCO R. Lodos de Perforación.Servicio de Información PEMEX.

27. U.S. Army Engineer WaterwaysExperiment Station, The Unified SoilClasification System. TechnicalMemorandum No. 3-357 VI.

28. SOWERS, G. Introducción a la Mecánicade suelos y Cimentaciones, LimusaWiley, 3a ed, 1970.

29. TERZAGHI and PECK, Soil Mechanics inEngineering Patrice.

30. MARSAL, R. Presas Pequeñas,Publicación 326, Instituto de Ingeniería,UNAM.

31. Instituto Nacional de Estadística,Geografía e Informatica (INEGI),INEGI.org.mx

32. Sociedad Mexicana de Mecánica deSuelos, smms,htto://smms,org.mx/.

33. Secretaría de Obras Públicas (SOP).

34. Instituto de Ingeniería (UNAM),II,http://pumas.iingeo.unam.mx/

35. Instituto de Geología(UNAM).http://geologia,igeolcu.unam.mx/

11. Concordancia con normasinternacionales.

Esta especificación no concuerda con ningunanorma internacional mexicana.


69/76


(PRIMERA PARTE)

12. Anexos.

12.1 Tabla 1

Recomendaciones para definir el programa de exploración.

Investigación para: Número y localización desondeos

Profundidad mínima del sondeo(d)

Sitios inexplorados de granextensión.

Sitios con suelos blandos degran espesor.

Estructuras grandes cimentadasen zapatas aisladas cercanas.

Almacenes de gran área paracargas ligeras.

Cimentaciones rígidas ailasdascon área 250< A<1000m²

Cimentaciones rígidas aisladascon área A<250m²

Taludes.

Diques y estructuras deretención de agua o líquidos.

Aeropuertos para tránsito ligero.

a = 01.A

30 < b < 60 m

b = 15 m y en sitios deconcentraciones de cargas.

n = 5, 4 en las esquinas y 1en el centro. Intermedios sison necesarios para definirla estratigrafía.

n = 3, 2 en el perímetro y 1en el centro. Intermedios sison necesarios para definirla estratigrafía.

n = 2 en esquinas opuestas.Intermedios, si sonnecesarios para definir laestratigrafía .

3 < n < 5 en la seccióncrítica.

Preliminares b = 60 mdetalle b =30 m y en zonascríticas.

b = 30 m en el eje de lapista. Intermedios paradifinir la estratigrafía.

d = 10 m, ó hasta que elincremento en esfuerzo verticalsea menor de 0.1 del esfuerzovertical impuesto por laestructura, ó d = c B

(1 < c < 2).

Tal que la superficie probablede falla esté por arriba delfondo del sondeo.

d = 0.5 del ancho de la basedel dique de tierra ó 1.5 de laaltura para diques pequeños deconcreto.

d = 3 m.

a = área tributaria máxima por sondeo, m².

b = espaciamiento entre sondeo, m.

n = número de sondeos.

A = área de la cimentación, m².

d = profundidad mínima de sondeo a partir de laprofundidad de desplante de la cimentación, m.

B = ancho de la cimentación, m.


70/76


(PRIMERA PARTE)

12.2

Tabla 2

Características de los oscilógrafos portátiles.

Perturbaciónprovocada

con:Registro Fuente de

poder

Número decanales

(ms)

Rango detiempos Peso (kg) Capacidad

(m)

Martillo Digitalpantallaluminosa

Pilas 1 0-10 5 10

Explosivos Papel

Foto

Sensible

Cinta

Magnética

bateríarecargable

2 a 12

12 ó más

0-100

0-1,000

10

30 100

ms = milisegundos

En la figura 4 se muestra el registro de una prueba captado en papel fotosensible; en éste se aprecia el “ruido”provocado por el viento, vehículos, maquinaria, flujo subterráneo, etc.


71/76


(PRIMERA PARTE)

12.3 Tabla 3.

Velocidades de las ondas longitudinales en distintos tipos de rocas y suelos.

MATERIAL VELOCIDAD(m/seg)

suelo superficial 170 - 500

Arcilla 1,000-2,800

arcilla arenosa 975 –1,160

arcilla arenosa cementada 1,160-1,280

Limo 760

Aluvión 550 –1,000

aluvión ( terciario ) 800–1,500

aluvión profundo 1,100-2,360

depósito glaciar 490–1,700

Dunas 500

Loess 375 - 400

arena seca 300

Arenisca 2,400-4,000

Lutita 1,800-3,800

Marga 3,000-4,700

Caliza 3,000-5,700

Dolomita 5,000-6,200

Granito 4,000-5,600

gneiss masivo 5,100-7,500

esquistos o pizarra 2,290-4,700

rocas ígneas de basamento 5,500-6,600

Agua 1,435-1,490


72/76


(PRIMERA PARTE)

12.4 Tabla 4

Características de algunos equipos portátiles usados en el método de resistividad eléctrica.

Fuente de poder Capacidad (m) Intensidad decorriente (m a)

Rango demediciones Peso total (kg)

30 20 0.-1,000 Ω 20

batería 20 50 0.1-1,000 Ω 15

recargable 300 100-150 0.002-10 V. 60

baterías 200 0-1000 0.000,2-100 V. 75

m a.: miliamperes

12.5 Tabla 5

Resistividad eléctrica de distintos tipos de rocas y suelos.

MATERIAL RESISTIVIDAD (ohm-m)

galena 5 x 10-3 – 5 x 10-2

pirita 1 x 10-3

serpentina 2 x 102

granito 1 x 106

diorita 1 x 104

gabro 1 x 105 - 1.4 x 107

gneis 2 x 105 – 6 x 106

pizarra 6.4 x 102 - 6.5 x 104

conglomerados 2 x 103 - 1.3 x 104

arenisca 7 x 101 – 7 x 103

caliza 1.8 x 102

marga 7 x 101

depósito glaciar 5 x 102

arena 4-2.2 x 102

suelos 10-1 x 104


73/76


(PRIMERA PARTE)

12.6 Tabla 6

Comparación entre las variaciones de q c y de f s

decrece constante crece

d

e

c

r

e

c

e

Transición entre doscapas diferentes, lainferior de menorresistencia.

No ocurre

Una grava o boleoempujado por el conoha quedado acuñadocontra la fundadeslizante.

c

o

n

s

t

a

n

t

e

Una grava de diámetromayor que del cono hasido empujada por ésteen un estrato cohesivoblando o granular suelto.

Suelo homogéneo quepuede ser clasificadousando la fig. 23

No ocurre

c

r

e

c

e

Una grava de diámetromayor que el del cono hasido empujada por ésteen un estrato cohesivo deconsistencia media ogranular denso.

El penetrómetro está enroca blanda o en unestrato duro que nopuede ser penetrado.

Estrato cuya resistenciaaumenta con laprofundidad o cuyaresistencia última no hasido alcanzada.

fs

qc


74/76


(PRIMERA PARTE)

12.7

Tabla 7

Valores de K según la longitud de las barras y el peso del martillo.

No. de la barra 30 Kg Peso del martillo

1 1.78 4.51 7.412 1.66 4.31 7.183 1.56 4.14 6.964 1.47 3.97 6.755 1.40 3.82 6.556 1.32 3.68 6.377 1.25 3.55 6.198 1.19 3.43 6.039 1.14 3.32 5.87

10 1.09 3.21 5.7211 1.04 3.11 5.5812 1.00 3.02 5.4513 0.96 2.93 5.3214 0.93 2.84 5.2015 0.89 2.77 5.0816 0.86 2.70 4.9717 0.84 2.63 4.8618 0.81 2.56 4.7619 0.78 2.49 4.6620 0.76 2.43 4.5721 0.74 2.38 4.4822 0.72 2.32 4.3923 0.70 2.27 4.3124 0.68 2.22 4.2325 0.66 2.17 4.1526 0.64 2.13 4.0827 0.63 2.08 4.0028 0.61 2.04 3.9329 0.60 2.00 3.8730 0.58 1.96 3.80


75/76


(PRIMERA PARTE)

12.8 Tabla 8Valores de d según el tipo de suelo

Suelo d (cm)

Blando 2

Duro 0.5

Muy duro 0 ó menos*

* remetido el tubo interior

12.9 Tabla 9Cuadro para la selección de coronas de diamante (ref. 17).

Roca

Mar

ga

Cal

iza

Dol

omia

Piz

arra

Esq

uist

o

Mic

a-E

squi

sto

Are

nisc

a ca

lcár

ea

Are

nisc

a cu

arcí

tica

Már

mol

Gne

is

Gne

is

Cua

rcita

Cua

rcita

Gra

nito

Pet

rogr

afía

Rec

omen

daci

ones

par

aD

iam

ante

s y

Mat

rices

Dur

eza

Abr

asiv

idad

Est

ruct

ura

Cal

idad

diam

ante

Tam

año

pied

ra (p

iedr

a/qu

ilate

)M

atriz

Blanda

Medio dura

Dura

Muy duraExtremadamente dura

No abrasiva

Moderada abrasividad

AbrasivaMuy abrasiva

Grano bastoGrano grande

Grano Medio

Grano finoDenso/sólido

ExtraPrimeraSegunda

10 - 15

15 - 20

20 - 30

30 - 40

40 - 60

Normal HRC 20-30

Dura HRC 30-40

Extra dura HRC 40-50

x x x

x x x

x x x x x x xx x

x x x x

x

x

xxx

+ + + + +

+ + +

++++++


76/76


(PRIMERA PARTE)

12.10

Tabla 10

Velocidad de rotación de barriles muestreadores (rpm).

Dureza de la roca Velocidad derotación

Velocidadtangencial m/seg

Velocidad dediámetro N Rotación diámetro B

Muy dura Alta 4.0 1,000 1,250

Dura Media 2.1 550 650

blanda baja 1.2 300 350

12.11

Tabla 11.

Fuerza específica para diamantes de tamaño 20 p.p.q.* (ref. 17)

roca Fuerza específica P kg/piedra

Granito 1-5

pórfido cuarcífero 2-10

Basalto 2-9

lava basáltica 0.5-3

Diabasa 2-5

Arenisca 1-5

Pizarra 1-2

Caliza 0.1-6

* p.p.q: piedras por quilate.

p.2.0111.01 exp. y muestreo de suelos para proy. de cimentacion 1 parte

Documents

exploracin y muestreo

exploracion y muestreo

arrendamientos y servicios

adecuacin y actualizacin

perforacin y mantenimiento

sector pblico y

exploracin semidirectos

exploracin auditoria