Exploracin y MuestreoLas cargas que ejerce en el suelo una estructura producen en la masa de terrea tensiones y deformaciones que inciden a su vez sobre la edificacin, por ello es necesarios para conocer las caractersticas fsicas, hidrulicas y mecnicas del suelo sobre el cual se apoyara la estructura proyectada.Exploracin del subsueloLos sondeos o exploracin de depsitos geolgicos se realizan para obtener la informacin necesaria concerniente a: Clases, Localizacin, extensin de planta y perfil de los suelos que forman dichos depsitos y que estarn sometidos a esfuerzos de consideracin relacionados con un proyecto de obra civil.La exploracin y muestreo dependen principalmente de: Naturaleza e importancia de la obra a realizar Conocimiento previo de los tipos de suelos predominantes en la regin Caractersticas Geotcnicas del suelo:a) Suelo Homogneob) Suelo Heterogneo: Estratificado o errtico Costo de la investigacin en relacin con el costo de la obra. Tiempo disponible para la investigacin

Informacin Requerida

Antes de ejecutar cualquier programa de estudio del subsuelo es imprescindible Visitar el sitio de construccin e inspeccionar las siguientes caractersticas: Geologa superficial, escorrenta de las aguas de lluvia o cursos de aguas naturales, topografa de la zona y sus alrededores, y cualquier otro rasgo geolgico de inters.

Informacin que debe contener una exploracin y muestreo Satisfactorio:

Naturaleza del depsito: Geologa, Presencia de cortes o rellenos recientes Profundidad, espesor y composicin de los diferentes estratos de suelo y de roca de la regin que probablemente ser afectada por el trabajo propuesto Ubicacin del nivel fretico y variaciones del mismo Propiedades ingenieriles de los suelos en los diferentes estratos del depsito y de la roca que puedan afectar el comportamiento de la estructura.Profundidad de la exploracinDepender de la clase de proyecto de ingeniera o el tamao de la estructura proyectada, en el caso de aeropuertos y autopistas se recomienda que la exploracin sea de 2 m por debajo del nivel de la rasante se harn excepciones cuando las condiciones no sean usuales (si se sospecha que el suelo es muy malo por debajo de los 2 m y hace falta rellenar).En el caso de estructuras pesadas importantes las cuales cubren un area limitada se recomienda extender la exploracin hasta una profundidad de 1.5 a 2 metros la mayor dimensin horizontal a menos que se encuentre el lecho rocoso a una menor elevacin sin embargo es una profundidad exageradas para obras muy largas de un solo piso, por lo cual se relaciona la profundidad con el nmero de pisos.Nivel FreticoSi la presencia de agua subterrnea es detectada en la perforacin es estrictamente necesario conocer su ubicacin y elevacin la cual est indicada por la elevacin a la cual el agua libre sube dentro de la perforacin, la acumulacin del agua en el hueco toma tiempo, si es suelo es permeable el agua subir hasta el nivel fretico en muy poco tiempo pero si el suelo es impermeable se requerir un tiempo considerable hasta que suba a la verdadera elevacin de la mesa de agua, una buena regla es esperar un lapso de 24 horas despus que el hueco a sido perforado, si el suelo es permeable este tiempo se reduce considerablemente.Muestras PerturbadasEste tipo de muestras es representativo del estrato geolgico de donde proviene; es decir, contiene todos los constituyentes minerales del estrato del cual fue extrado y no est contaminado por materiales de otros estratos, sin embargo la estructura natural del suelo, su densidad y su contenido de humedad han sido alteradas. Se emplean en ensayos de ( granulometra, compactacin, identificacin, C.B.R y clasificacin.)Muestra imperturbadasSon muestras en las que se toman todas las precauciones para que se encuentre en las mismas condiciones que en el terreno del cual proceden. Se emplean para todo tipo de ensayos, se requieren para determinar: densidad natural, humedad natural, resistencia al corte y compresin, caractersticas de consolidacin permeabilidad y potencial expansivo.Identificacin de las muestras Nombre y ubicacin de la obra Numero y coordenadas de la calicata Profundidad a la que fue tomada la muestra y fecha del muestreo Orientacin de la muestra en el sitioMtodos de Exploracin Geotcnica:Mtodos de exploracin de carcter Preliminar Excavaciones de pozos a cielo abierto: Consiste en excavar un pozo de dimensiones apropiadas para que un tcnico pueda bajar y examinar los diferentes estratos superficiales o de poca profundidad (no mayor de 3 metros) y darse cuenta de las condiciones de humedad del suelo teniendo cuidado de distinguir la naturaleza del suelo in situ de la modificada por la excavacin, de este mtodo pueden tomarse muestras alteradas o inalteradas de los diferentes estratos encontrados. Perforacin con Posteadora: Consiste en 2 hojas curvas que retienen el suelo que cortan, estas se hace penetrar en el terreno de forma manual ejerciendo un giro sobre el mango adaptado en el extremo superior de la tubera de perforacin, la longitud de esta puede incrementarse aadiendo tubos de igual tamao a medida que avanza la profundidad, se puede llegar hasta los 10 metros pero generalmente no son econmicas para profundidades mayores a 6m.

Perforacin con Barrenos Helicoidales: Funcionan como una especie de saca corchos en espirales y pueden ser de diferentes tipos. Un factor importante es que deben ser muy cerrados para suelos arenosos y mucho ms abiertos para suelos plsticos.

Las muestras extradas por ambas perforaciones son completamente alteradas pero son representativas del estrato correspondiente, son tiles para determinar humedad promedio, tamaa de los granos y caractersticas de plasticidad del material.

Mtodo de lavado o por inyeccin de agua: Es un mtodo econmico y rpido si se desea conocer la estratigrafa del subsuelo de manera aproximada pudiendo llegar a tener errores de hasta 1 metro en los lmites entre diferentes estratos-

Se perfora el subsuelo combinando el corte con la inyeccin de agua, para ello se usa una broca en forma de cincel unida a una barra hueca de sondeo, a medida que avanza la perforacin se hace hincar en el terreno un tubo metlico o forro de mayor dimetro que la tubera de perforacin el cual mantiene firme las paredes del hueco perforado, luego se inyecta agua a presin a travs de la barra y de la broca para aflojar el terreno y enviar a la superficie los detritos de suelo que fueron cortados, estos se recuperan en un recipiente donde se puede analizar el sedimento.

Las muestras obtenidas por lavado son altamente alteradas y no deben ser consideradas para realizar ninguna prueba de laboratorio, el mtodo permite determinar la dureza relativa de los estratos por la velocidad de perforacin y se puede obtener informacin muy limitada sobre las caractersticas del suelo.

Mtodo de penetracin Standard: Es el mtodo ms usado en exploraciones de suelo, con este procedimiento se obtienen muestras representativas de suelo perturbado y permite cuantificar la resistencia a la penetracin del suelo de manera muy aproximada de los diferentes estratos de suelo, se divide en 3 pasos: Avance, Ensayo y muestreo.

a) Avance: Se introducen en el suelo varios tubos o forros de dimetro 2 de 1.5 a 2m de profundidad que se van acoplando a medida que avanza la perforacin, estos tubos llevan en su interior una barra que termina en un cincel hueco que puede moverse a voluntad y tener diferentes formas. La perforacin es provocada por el cincel con ayuda de un chorro de agua a presin a travs del hueco del cincel que enva a la superficie el material removido por el cincel, el mtodo del lavado se usa en los primeros 70 cm de cada metro que se perfora ( el sacamuestras se hinca 30 cm avanzando as 1 metro y as sucesivamente hasta alcanzar la profundidad que el ingeniero considere conveniente).

b) Ensayo: Se retira el cincel y se coloca el sacamuestras, se hace hincar mediante un martillo de 140 libras con una cada libre de 30 pulgadas generndose una energa de 4200 libras-pulgadas, tambin suele utilizarse un martillo de 300 libras a una altura de 14 pulgadas generando la misma energa, el ensayo consiste en contar el numero de golpes necesarios para hincar el sacamuestras, no es aconsejable ms de 70 u 80 golpes ya que podra causar deformaciones en el sacamuestras.

c) Muestreo: despus del ensayo se lleva el sacamuestras a la superficie y se retira la muestra obtenida, se introduce en un frasco de vidrio o plstico se sella con parafina y se enva al laboratorio.

Especificaciones del frasco: Identificacin de la obra, nmero de la perforacin, numero de la muestra, numero de golpes requeridos para hincar el sacamuestras 30cm, profundidad a la cual se tomo la muestra, si el sacamuestras se introdujo por percusin o rotacin y fecha a la cual se realizo la perforacin.

Factores que afectan el nmero de golpes:

Variaciones en la altura ya que generalmente se hace a ojo Interferencia en la cada del martillo por contacto del tubo gua Colocacin del saca muestras sobre el material perturbado antes del conteo de golpes Limpieza inadecuada del material suelto en el fondo de la perforacin.

Mtodo de penetracin Cnica: Consiste en hacer penetrar en el subsuelo una punta cnica y medir las diferente resistencias que oponen los estratos a ser atravesados por un penetrometro.

Existen 2 tcnicas:

a) Esttica: se inca la punta cnica a una velocidad regulada usualmente 1cm/seg y se mide la fuerza necesaria para producir el movimiento, esta prueba es muy sensible a pequeas diferencias en la consistencia del suelo y no es probable que la operacin del ensayo cambie seriamente la estructura de las arenas suelas o de las arcillas susceptibles.

b) Dinmica: Se hinca el penetrometro a una distancia especificada a golpes o la energa total que se requiere para que el penetrometro recorra la distancia epecificada, es la medida de resistencia, para esta labor se usa normalmente un peso de 140 libras a una altura de 30 pulgadas en cada y se cuenta el numero de golpes para lograr 30cm de penetracin con el cono, esta prueba es aplicable a una amplia variedad de consistencias y se pueden penetrar las gravas y la roca blanda las cuales detendran el avance del aparato en una prueba esttica.Este mtodo no permite obtener muestras del suelo sin embargo es usada por 2 razones: su economa y su rapidez, son tiles en zonas cuya estratigrafa se conozca de antemano y cuando se desee obtener informacin de sus caractersticas en un lugar especfico.

Mtodos de sondeo definitivo

Son necesarios cuando la clasificacin del suelo indique que el material pudiera presentar problemas relacionados con asentamientos o falta de la adecuada resistencia al esfuerzo cortante.

Excavaciones o pozo a suelo abierto con muestreo inalterado: Se excava un pozo en el lugar de inters hasta la profundidad a que se quiera tomar la muestra; se quita con cuidado el suelo alrededor de la muestra, de manera que se forme un bloque; si la muestra es fuerte y rgida se puede separar de su base cortndola con una paleta plana, coloque una capa de parafina derretida para que conserve la humedad y despus se coloca en un cajn para transportarla al laboratorio, al llegar debera ser almacenada en un cuarto hmedo para evitar la evaporacin hasta que sea ensayada.

Muestreo inalterado con sondeos profundos

La calidad de la muestra inalterada depende de:

a) Desplazamiento del suelo por el muestreador.b) Mtodo para introducir el muestreador en el terreno.c) Rozamiento en la cara inferior del muestreador.d) Compresion del suelo debido a la presin de la sobre carga de tierra.e) Manipulacin y almacenaje de las mueestras hasta ser ensayadas.

Muestreador de pared delgada: Es el ms simple y ms usado, para toma de muestras profundas inalteradas, consiste en un muestreador que se tornilla a la parte interior de la tubera de perforacin. Es un tubo de acero o latn de dimetro exterior variable entre 1.5 a 10cm de espesor mximo de 1.5mm y longitud entre 80cm y 1m. Es comn cortarlo longitudinalmente al extraer la muestra cuidando la friccin lateral. Este tipo de muestreador se utiliza principalmente en suelos cohesivos y blandos o semiduros, sin importar que se localicen encima o debajo del nivel fretico.este reduce al minimo las causas ms serias de la alteracin de las muestras: el desplazamiento y el rozamiento las limitaciones de este es la perdida de la muestra en suelos muy blandos o arena suelta bajo agua.

Muestreador de piston: En suelos Extremadamente blandos, aun el pequeo desplazamiento del tubo de pared delgada hace que el suelo se descomprima dentro del tubo mas rpido de lo que avanza el muestreador causando distorsin en la muestra, esta dificultad se reduce colocando un pistn en el tubo de pared delgada.

En el muestreador de pistn el tubo de pared delgada se hace avanzar bajo presin hidrulica, que se suministra a travs de varillas de sondeo huecos, que elimina la necesidad de una varilla doble concntrica: una para sostener el pistn y otra para introducir el muestreador en el suelo. El tubo muestreador se introduce adelantndose al pistn en el suelo que esta debajo, el pistn que esta fijo impode que el suelo ejerza presin hacia arriba. Si la muestra tiene a salirse del tubo se crea un vacio entre el pistn y la muestra que ayuda a sostenerla.El pistn libre se fija en el extremo inferior del tubo cuando se baja el sacamuestras en el agujero esto evita que el material suelto obstruya el tubo, cuando se comienza a tomar la muestra se suelta el pistn y queda como flotando en el tubo sobre el suelo. Cuando se est extrayendo el tubo se vuelve a fijar el pistn y esto ayuda a mantener la muestra en su lugar; sin embargo no impide el apretamiento del suelo durante la toma de la muestra.Con el muestreador de pistn fijo se pueden recuperar muestras inalteradas de limos muy blandos, arcillas y arenas sueltas, si se llena la perforacin de lodo pesado para sondeo.

Muestreador Rotatorio: Combina la perforacin con la toma de muestras, lo cual hace que la alteracin debida al desplazamiento sea mnima, el toma muestras (Denison) est formado por 2 tubos concntricos: el tubo exterior gira y corta el suelo, los detritos son sacados del hueco por el agua que se bombea por el tubo de perforar y que fluye entre los 2 tubos. El inferior permanece estacionario y protege a la muestra del agua que se inyecta. Los 2 tubos se introducen en el terreno al mismo tiempo. Las muestras obtenidas con este procedimiento son excelentes, particularmente en arcillas duras y en arenas ligeramente cohesivas que son difciles de muestrear de otra manera. Mtodos rotatorios para roca: Cuando se tropiece con capas de cantos rodados o gravas estas pueden ser atravesadas mediante barretones o herramientas pesadas similares, manejadas a percusin. Estos procedimientos no proporcionan muestras de los materiales explorador, cuando un gran bloque o un estrato rocoso se presenta en la perforacin se debe recurrir al uso de maquinas perforadoras a rotacin con broca. Se usan brocas con inserciones de diamantes para muestrear rocas duras; para rocas medianamente duras se pueden emplear brocas con inserciones de carburo en el borde o corona; en rocas suaves las brocas de acero duro en diente de sierra son suficientes. Estos procedimientos permiten la obtencin de muestras representativas para materiales rocosos.

Mtodos Geofsicos

Pueden ser empleados para reconocer las condiciones del subsuelo en un rea relativamente extensa, permitiendo determinar las variaciones en la estratificacin geolgica del subsuelo y contornos de la roca basal que subyace a depsitos sedimentarios.