p.2.0111.02

SUBDIRECCION DE TECNOLOGIA Y DESARROLLO PROFESIONAL

UNIDAD DE NORMATIVIDAD TECNICA

ESPECIFICACION TECNICA PARA PROYECTOS DEOBRA.

EXPLORACION Y MUESTREO DE SUELOS PARAPROYECTO DE CIMENTACIONES

(SEGUNDA PARTE)

P.2.0111.02

PRIMERA EDICIONNOVIEMBRE, 2000

(SAMPLING EXPLORATION SOILS FORFOUNDATION PROJETS)

(SECOND PART)

Primera Edicin P.2.0111.02: 2000 UNT

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EXPLORACIN Y MUESTREO DE SUELOS PARAPROYECTOS DE CIMENTACIN

(SEGUNDA PARTE)

P R E F A C I O

Pemex Exploracin y Produccin (PEP) en cumplimiento del decreto por el que se reforman;adicionan y derogan diversas disposiciones de la Ley Federal sobre Metrologa y Normalizacin,publicado en el Diario Oficial de la Federacin de fecha 20 de mayo de 1997 y acorde con elPrograma de Modernizacin de la Administracin Pblica Federal 1995 - 2000, as como con lafacultad que le confiere la Ley de Adquisiciones; Arrendamientos y Servicios del Sector Publico la Leyde Obras Publicas y servicios Relacionados con las Mismas y la Seccin 4 de las Reglas Generalespara la contratacin y Ejecucin de Obras Publicas y de Servicios Relacionados con las Mismas,expide la presente especificacin la cual aplica a la exploracin y muestreo de suelos para proyectode cimentaciones.

Esta especificacin se elabor tomando como base la primera edicin de la norma No. 4.111.01,emitida en 1976 por Petrleos Mexicanos, de la que se llev a cabo su revisin, adecuacin yactualizacin, a fin de adaptarla a los requerimientos de Pemex Exploracin y Produccin.

En la elaboracin de esta especificacin participaron:

Subdireccin de Regin Norte

Subdireccin de Regin Sur

Subdireccin de Regin Marina Noreste

Subdireccin de Regin Marina Suroeste

Direccin Ejecutiva del Proyecto Cantarell

Subdireccin de Perforacin y Mantenimiento de Pozos

Coordinacin Ejecutiva de Estrategias de Exploracin

Auditora de Seguridad Industrial y Proteccin Ambiental

Subdireccin de Planeacin

Subdireccin de Administracin y Finanzas

Subdireccin de Tecnologa y Desarrollo Profesional

Unidad de Normatividad Tcnica


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I N D I C E D E C O N T E N I D O

SEGUNDA PARTE

Pgina

0. Introduccin.................................................................... 31. Objetivo.......................................................................... 32. Alcance........................................................................... 33. Actualizacin................................................................... 34. Campo de aplicacin....................................................... 35. Referencias..................................................................... 36. Pruebas de campo.......................................................... 36.1 Pruebas de veleta........................................................... 36.2 Prueba de permeabilidad Lefranc.................................... 56.3 Prueba de permeabilidad Nasberg................................... 97. Supervisin en campo.....................................................107.1 Objetivo de la supervisin...............................................107.2 Organizacin del trabajo.................................................107.3 Desarrollo de la exploracin............................................118. Mtodos y equipo de perforacin....................................118.1.1 Pozos a cielo abierto.......................................................118.1.2 Perforacin por lavado....................................................128.1.3 Perforacin a rotacin en seco........................................128.1.4 Perforacin a rotacin con agua o lodo........................... 128.1.5 Perforacin mixta............................................................128.1.6 Perforacin de rocas.......................................................138.2 Lodos de perforacin......................................................178.2.1 Antecedentes..................................................................178.2.2 Tipos de lodos................................................................ 188.2.3 Propiedades fsicas y controles de campo.......................188.2.4 Preparacin del lodo.......................................................218.3 Clasificacin y descripcin de suelos y rocas.................. 218.4 Registros tipo de los trabajos de campo..........................229. Bibliografa......................................................................2310. Concordancia con normas internacionales.......................2511. Tablas.............................................................................26


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0. Introduccin.

Dentro de las principales actividades que se llevana cabo en Pemex Exploracin y Produccin (PEP),se encuentran el diseo, construccin, operacin ymantenimiento de las instalaciones paraextraccin, recoleccin, procesamiento primario,almacenamiento, medicin y transporte dehidrocarburos, as como la adquisicin demateriales y equipos requeridos para cumplir coneficiencia y eficacia los objetivos de la Empresa.En vista de esto, es necesaria la participacin delas diversas disciplinas de la Ingeniera, lo queinvolucra diferencia de criterios.

Con el objeto de unificar criterios, aprovechar lasexperiencias dispersas, y conjuntar resultados delas investigaciones nacionales e internacionales,Pemex Exploracin y Produccin emite a travs dela Unidad de Normatividad Tcnica, estaespecificacin con el objeto de que sea utilizada,para exploracin y muestreo de suelo paraproyectos de cimentacin (segunda parte).

1. Objetivo.

Esta especificacin tiene en lo objetivo establecerlos procedimientos de campo para las pruebas delaboratorio de las muestras tomadas en los suelospara los proyectos de cimentaciones en PemexExploracin y Produccin.

2. Alcance.

Esta especificacin establece la secuencia quedebe seguirse en la exploracin y muestreo desuelos para proyectos de cimentaciones.

3. Actualizacin.

A las personas e instituciones que hagan uso deeste documento normativo tcnico, se solicitacomuniquen por escrito las observaciones queestimen pertinentes, dirigiendo su correspondenciaa:

Pemex Exploracin y Produccin.

Unidad de Normatividad Tcnica.

Direccin: Baha de Ballenas # 5, 9 piso.

Col. Vernica Anzures, Mxico, D.F. C.P. 11300.

Telfono directo: 55-45-20-35

Conmutador 57-22-25-00, ext. 3-80-80.

Fax: 3-26-54

E-mail:


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suelo y que al girar genera una superficie de fallacilndrica; dispone de un mecanismo para lamedicin del par necesario para producir la falla,que puede ser tan simple como una llave detorsin calibrada. Para eliminar la influencia de lafriccin entre las barras de torsin y las paredes dela perforacin se han desarrollado mecanismos demedicin del par cerca de la veleta, dentro de laperforacin (ref. 18 a 20).

El campo de aplicacin de las veletas ha sidotradicionalmente los suelos cohesivos blandospero se han desarrollado diseos de veletas quepermiten ahora realizar pruebas de sueloscohesivos duros.

Las ventajas principales de las pruebas de veletason la rapidez y la economa con que se puedeobtener informacin; las limitaciones msimportantes son la falta de correlacionesconfiables y que la prueba genera un proceso defalla progresiva.

Caractersticas. Se describen la veletaconvencional utilizable en los suelos blandos y laveleta para suelos duros. La veleta convencionalest formada por cuatro navajas de aceromontadas en una varilla tambin de acero (fig. 49),

la altura H de la veleta vara generalmente entre 5y 20 cm. Las navajas son delgadas y afiladas paraque alteren lo menos posible al suelo, la relacinentre el rea transversal de la veleta y el rea

transversal de la zona de falla debe ser igual omenor que 6.5%.

La veleta para suelos duros est constituida poruna corona de ocho navajas radiales de 1 cm deancho y 2 cm de altura, montadas en un tubo de4.1 cm de dimetro con perforaciones lateralesque permiten la salida del agua de azolve.

En ambas veletas el momento de torsin seprovoca desde la superficie con un mecanismomanual que mide el ngulo de giro; el momento setransmite mediante una columna de barras deacero de 3.49 cm (BW) de dimetro y se mide conuna celda sensible, instrumentada condeformmetros elctricos (strain gages), instaladaarriba de la veleta para eliminar de la medicin lainfluencia de la friccin de las barras con lasparedes de la perforacin. En la fig. 50 semuestran esquemticamente dos celdas sensiblesy sus caractersticas ms importantes.

La descripcin detallada de la celda instrumentadade baja capacidad se presenta en la referencia 21.Con veletas convencionales, sta celda mideresistencias hasta de 1 kg/cm2 y con veletas desuelos duros hasta de 5 kg/cm2 (fig. 50a). La celdasensible de alta capacidad (fig. 50b) puede medir,con veletas para est instrumentada con cuatrodeformmetros elctricos. (ref. 22).

Procedimiento de operacin. La operacin deambas veletas es similar: se hinca la veleta quequede en la zona no alterada por la perforacin; laveleta convencional se hinca 30 cm y la de lossuelos duros 5 cm. la fuerza necesaria para elhincado de la veleta se aplica con el sistema degatos hidrulicos de la mquina perforadora usadapara hacer el sondeo. En la fig. 51 se muestraesquemticamente la preparacin de la prueba.

La etapa de falla se hace con una velocidad derotacin de 4 a 6 grados por minuto, la falla sealcanza entre 3 y 10 minutos generalmente. Unavez alcanzada la falla se gira la veleta a unavelocidad mayor durante un minuto, generalmente200 grados por minuto, para remoldear el material,y despus se reanuda la prueba a la mismavelocidad anterior para definir la resistenciaremoldeada. Concluida una prueba, si es posible;se hinca la veleta hasta otra profundidad y serepite la prueba; si no es posible hincar la veleta

H mnimo = 5 cm

H mximo = 20 cm.

Fig. 49 Veleta Convencional

H

D

SV= K L

108.23


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se saca, se avanza la perforacin y se colocanuevamente la veleta.

Estos aparatos deben calibrarse con frecuencia yla prueba debe hacerse con el mismo factor decelda G (gauge factor de las celdas SR4)adoptado en la calibracin para que las constantesde calibracin (K) se repitan. En el capitulo 8 seincluyen un registro tipo para estas pruebas develeta.

Interpretacin de la prueba. Las pruebasrealizadas con veletas convencionales seinterpretan considerando una distribucin deesfuerzos uniforme en el rea lateral del cilindro decorte y triangular en las caras del cilindro (fig. 52);esta hiptesis conduce a la siguiente expresinpara la resistencia al corte (Sy):

Donde:

K = constante de calibracin

L = deformacin de la celda sensible

D = dimetro de la veleta

Las pruebas realizadas con veletas para suelosduros se interpretan aceptando que la superficiede falla queda definida por el permetro exterior dela veleta (fig. 52); esta hiptesis se ha confirmadotomando muestras despus de realizar algunaspruebas para observar la superficie de cortedesarrollada. Aceptando que la resistencia al cortedel suelo (Sy) es uniforme, se obtiene la expresin:

donde:


L = deformacin de la celda sensible

Con los datos de la prueba se hace una grficatiempo vs resistencia al corte (fig. 53) y de ella sedetermina la resistencia mxima y la resistenciaremoldeada. La sensibilidad del suelo se puedecalcular con:

resistencia mximaresistencia remoldeada

6.2 Prueba de permeabilidad Lefranc.

Generalidades. Esta prueba permite determinar lapermeabilidad local de suelos y rocas muyfracturadas localizados abajo del nivel fretico.Para la medicin de la permeabilidad de rocassanas la prueba Lugeon es ms apropiada (ref.11, 13, 23) sobre todo en la exploracin paraboquillas de presas. Para la determinacin de lapermeabilidad en zonas grandes se utilizan laspruebas de bombeo (ref. 11 y 13).

La prueba Lefranc consiste en inyectar o extraeragua de una perforacin con una carga hidrulicapequea y medir el gasto correspondiente; lacarga puede ser constante o variable segn el tipode suelo; en general en suelos permeables ( k >10-4 cm/seg) como arenas y gravas la prueba sehace de inyeccin y carga constante y en suelospoco permeables ( k < 10-4 cm/seg) como arenasfinas, limos y arcillas se hace la prueba deextraccin con carga variable.

Equipo. El equipo necesario para la prueba deinyeccin se muestra en la fig. 54, est integradocon: a) un tanque para suministrar un gastoconstante, b) un tanque de volumen conocido paramedir el gasto, c) tubera de conduccin, d) unasonda elctrica para determinar la posicin delnivel del agua, e) ademe metlico N en caso de nohaberse usado en la perforacin y f) un cono conuna vlvula de tres vas que permite el paso delagua a la conduccin y la medicin del gastousando el tanque de volumen conocido; puedeusarse un tubo Venturi para medir el gasto.

El equipo para la prueba de bombeo oextraccin es todava ms simple, esta compuestopor a) un tubo metlico cerrado en el fondo con elque se extrae agua de la perforacin bajndolocon un cable b) una sonda elctrica paradeterminar la variacin del nivel dentro de laperforacin y c) ademe metlico en caso de nohaberse usado en la perforacin.

KL

3.66D3Sy =

S =


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Cable conductor

30 cm

5 cm

b) Suelos duros

a) Suelos blandos

Aparato indicador

Mecanismo de giro

Barras EW

Cable

Aparato indicador

Celda

instrumentada

Veleta

Fig. 51 Prueba de veleta

D

H

H

Rr

Fig. 52 Interpretacinprueba develeta

b) Suelos duros

Superficie de falla

AL =lecturadelindicador

K =constante decalibracin

a) Suelos blandos

para H = 2Dy Mm = KAL

SV=Mm

D2 (H +D )2 6

V


AL = lectura del indicador

S =m

h R2M

2 +2 R3

3

3S=K L

3.66D---

S=K L

3.66D---

3

Baleros

Veleta

Elementosensible

1

2

Cable

conductorConector

Sello

1

2

3

4

5

6

6

5

4

3Celda de bajacapacidad

14 kg

Deformmetroelctrico

450 kg.cm

1 kg/cm2

1.8 kg cm

100 m

E W

6.5 %

Peso

Elemento sensible

Momentomximo

Resistenciamxima

Sensibilidad

Prof. mx. de oper.

Barras de operacin

Relacin de reas

Celda de alta capacidad

2 kg

Deformmetroelctrico

1400kg.cm

13 kg/cm2

2.8 kg cm

70 m

E W

12 %

2

4

6

(b)

(a)Fig. 50Celdas sensibles para lamedicin de laresistencia alcorte

IN SITU.


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Procedimiento de la operacin. En ambas pruebasuna vez instalado el equipo se coloca la parteinferior del ademe a una distancia L del fondo deperforacin que debe haber sido hecha sin lodo;esta distancia ser nula para obtener lapermeabilidad local vertical y 40 cm para obtenerla permeabilidad local horizontal, luego se mide laprofundidad del nivel freatico (Ho) respecto a laparte superior del ademe.

En la prueba de inyeccin se llena el tanque y seabre la vlvula de aguja y la de tres vas paraintroducir un gasto constante en la perforacin; semide con la sonda elctrica la variacin del nivel deagua en la perforacin (H1) con el tiempo respectoa la parte superior del ademe y se anota en la hojade registro (captulo 8), cuando se hayaestabilizado el nivel por 10 minutos se tendr elvalor de la profundidad (H1) para el gasto (q1) quese mide haciendo pasar el agua al recipiente devolumen conocido (V) y tomando el tiempo (t) quetarde en llenarse. Estos datos se anotan tambinen el registro.

Una vez medido el gasto se hace pasar el aguanuevamente a la perforacin mediante la vlvulade tres vas y se abre mas la vlvula de aguja paraincrementar el gasto. Se hacen varias pruebas,generalmente cuatro, que se pueden realizar enunas dos horas, en la prueba de extraccin sedetermina la posicin del nivel fretico como en elcaso anterior y se saca agua de la perforacin con

un recipiente de tubo, cerrado en la parte inferior,para abatir el nivel del agua (fig.55) y se determinala posicin del nivel del agua dentro del ademe adiferencia de tiempos para poder hacer la grficarecuperacin-tiempo. La medicin del nivel delagua dentro del ademe se hace respecto a la partesuperior del mismo.

Interpretacin. La interpretacin de estas pruebasse hace basndose en la Ley de Darcy para lascondiciones de flujo y la frontera impuesta en cadacaso.

2.- Valvula de tres vias

Sonda elctrica Recipiente demedicin del gasto

1.- Vlvula de aguapara regular el gastoinyectado

N

Hi

Ho

N.F.

H

D

L

hi

Tubo delgado

Ademe metlico N

Nivel estable

RebosaderoDispositivo de gastoconstante

Depsito del nivel constante Alimentacin

Fig. 54 Disposicin del equipo para la pruebaLefranc de inyeccin con carga constante.

Fig. 53 Grfica de una prueba de veleta ensuelo duro

Svmx

Sv (kg/cm2)

remoldeadoSv

10

5

0

10 20 30 40 T (min.)

4/min.

200/min 4/min


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q (m3/seg)

h2

q2

m

l

Fig. 56 Grfica tpica de una prueba Lefrancde carga constante.

h (m)

En la prueba de carga constante se obtiene lagrfica cargas-gasto. Las cargas (h1) se calculancon la expresin:

h1 = Ho H1

donde:

h1 = carga hidrulica para un gasto q1, metros

Ho = posicin inicial del nivel fretico respecto a laparte superior del ademe, metros

H1 = posicin estable del nivel de agua dentro delademe para un gasto q1, metros

y el gasto correspondiente para la profundidadestable H1, se calcula con:

donde:

q1 = es el gasto constante para la profundidadestable H1 m

3/seg

V = volumen del recipiente, m3

t1 = tiempo que tarda en llenarse, seg

De la grfica (fig. 56) se puede determinar lapermeabilidad aplicando la siguiente expresin:

donde

k = coeficiente de permeabilidad m/seg

q1 = gasto constante inyectado m3/seg

c = coeficiente de forma (tabla 12). M

h1 = carga hidrulica, m

m = pendiente de la recta (fig.57)

La relacin L/D, figuras 54 y 55, define la formaaproximada de la cavidad en que se genera el flujoy con ello el valor del coeficiente c (tabla 12),tambin define si la permeabilidad calculadacorresponde a la vertical, horizontal o promedio.

De la prueba de carga variable se obtiene lagrfica de recuperaciones-tiempo (fig. 58). Lasrecuperaciones (hi) para cada tiempo se calculande igual forma que en el caso anterior. (hi = HiHo)

El coeficiente de permeabilidad se calcula con laexpresin:

donde:

k = coeficiente de permeabilidad, m/seg

h1, h2 = recuperaciones en los tiempos t1 y t2, enmetros

t1, t2 = tiempos en que fueron hechas lasmediciones para determinar h1 y h2, seg

loge = logaritmo natural

c =coeficiente de forma (tabla 12), en metros

q1 =Vt1

=k =q1ch1

mc

H1Ho

D

L

h1

Fig. 55 Prueba Lefranc de extraccin concarga variable.

k = D2

4c (t2 t1) logeh2h1


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Ho

H2

hi

L

D =dimetro de la perforacin, figura 55, enmetros

Se calculan varios valores de k tomando pares depuntos contiguos de la grfica recuperacin-tiempoy con ellos se obtiene un valor promedio de k.

6.3 Prueba de permeabilidad Nasberg.

Generalidades. La prueba Nasberg permitedeterminar la permeabilidad local en materiales nosaturados. Se utiliza en rocas muy fracturadas ysuelos; la medicin se debe realizar en unaperforacin que no haya sido hecha con lodo.

Fig. 57 Grfica tpica de una prueba LEFRANCde carga variable.

Equipo. El equipo que se requiere es el siguiente:

a) sonda elctrica, b) tubera de conduccin, c)ademe N, d) medidor de gastos, que puede ser untubo Venturi o un dispositivo como el usado en laprueba Lefranc de carga constante y e) tanquepara suministro de agua.

Procedimiento. Instalado el equipo de manerasimilar al de la prueba Lefranc se levanta el ademeuna distancia L por encima de la base de laperforacin (fig. 58) y se determina H0, sesuministra agua a la perforacin con un gastoconstante, midiendo el nivel del agua dentro de laperforacin; se anota en la hoja de registro(captulo 8) la variacin del nivel del agua durante10 minutos se tendr la profundidad de equilibrio(Hi) para el gasto suministrado (qi). Se hacen

varias determinaciones con diferentes gastos paracalcular el promedio de permeabilidad.

Interpretacin. La permeabilidad se calcula usandola expresin:

donde:

k1 = coeficiente de permeabilidad localhorizontal, m/seg.

h1 = H1H = carga hidrulica de equilibrio,metros

q = gasto constante suministrado, m2/seg

D = dimetro de la perforacin, metros

La frmula anterior es aplicable para

25 < < 100

y el radio (R) de la influencia de la prueba es:

R =

Si L < D la permeabilidad determinada es lavertical y si L > 4D ser la horizontal.

Fig. 58 Prueba de permeabilidad Nasberg.

h (m)

h1

h2

t1 t2 t

Ademe

q1Sonda elctrica

D

k1 = 0.423h12

q1 log10 4h1D

hD

q k


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7. Supervisin de campo.

7.1 Objetivo de la supervisin.

Los trabajos de campo de un estudio geotcnicose deben realizar bajo la supervisin de uningeniero supervisor, el cual se encarga de ladireccin del trabajo, de vigilar que los equipos ytcnicas de exploracin sean los adecuados y derecopilar toda la informacin que se genere. Elpropsito fundamental de la supervisin es que elingeniero decida selectivamente cuando y con quemuestreador obtener muestras para definir laestratigrafia y obtener especmenes para laspruebas de laboratorio. No se debe relegar en eloperador la obligacin de tomar decisionestcnicas y de recopilar la informacin.Comparativamente, el muestreo selectivo es mseficiente y econmico que el muestreo continuo yadicionalmente se tiene la ventaja con aquel deque al obtener solo las muestras necesarias, sunmero sea considerablemente menorsimplificando su transporte y conservacin.

7.2 Organizacin del trabajo.

La brigada de campo debe estar constituida por eloperador con uno o dos ayudantes y el ingenierosupervisor (fig. 59)

La labor del supervisor es exclusivamente ladireccin tcnica del sondeo; si el trabajo serealiza bajo contrato, el ingeniero supervisor debeser parte de la organizacin contratante. La labordel operador es la organizacin y ejecucin deltrabajo.

El supervisor debe ser ingeniero civil o gelogo,con conocimientos bsicos de mecnica de suelosy procedimientos de muestreo. Su labor se puederesumir en los siguientes puntos:

a) decidir que muestreador debe utilizarse encada etapa de un sondeo, basndose en lainformacin de la tabla 13.

b) definir la frecuencia con que se deben tomarlas muestras; en general el muestreo debe ser casicontinuo los primeros metros y en los estratospoco uniformes y que se consideren problemticosy reducir el numero de muestras en estratos masuniformes.

c) clasificar los suelos y rocas con los criteriosdel captulo 8.

d) en base a la clasificacin de las muestras yde la observacin del proceso de perforacin,elaborar el corte estratigrafico preliminar delsondeo que permitir interpretar la estratigrafialocal y los posibles problemas del subsuelo, ver latabla 14.

e) controlar el manejo cuidadosamente, laproteccin y la conservacin de las muestras.

f) recopilar minuciosamente la informacingenerada del captulo 8.

El operador debe ser un tcnico con experienciaen perforacin y muestreo de suelos y rocas, ytener conocimientos bsicos de mecnica; susactividades son:

a) Realizar las maniobras de perforacin ymuestreo.

b) Informar al ingeniero supervisor susobservaciones.

c) Organizar la integracin y movilizacin delequipo y las actividades de sus ayudantes.

A los ayudantes se les debe considerar comotcnicos de perforacin en formacin, quecolaboran en todas las maniobras del trabajo y que


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Fig. 59 Organizacin de campo.

7.3 Desarrollo de la exploracin.

El ingeniero supervisor decide, junto con elconsultor, el desarrollo de la exploracin; en sitiosdesconocidos es conveniente iniciarla con unsondeo de exploracin posiblemente solo conpruebas de penetracin estndar y despuscontinuar con sondeos mixtos en que se alterna laobtencin de muestras alteradas e inalteradas,tomndolas conforme a su posiblecomportamiento. Solo en zonas muy uniformesser aceptable que la distribucin de muestrasalteradas e inalteradas sea solamente en funcinde la geometra de la zona por explorar. En zonasmuy conocidas la supervisin puede simplificarse yreducirse a un mnimo siempre que se tengacompleta confianza en la capacidad y habilidad delperforista.

8. Mtodos y equipos de perforacin.

La obtencin de muestras del subsuelo requiere larealizacin de perforaciones para introducir losmuestreadores hasta la profundidad deseada; lasperforaciones se usan tambin para realizarpruebas in situ de permeabilidad y de veleta o paracolocar instrumentos. Generalmente lasperforaciones son verticales, ocasionalmenteinclinadas y raramente horizontales.

Las perforaciones para geotecnia pueden hacersecon mquinas perforadoras obtenindoseperforaciones de dimetro no mayor de 15 cm, opueden hacerse pozos a cielo abierto con

maquinaria o manualmente. En la tabla 15 sepresenta un resumen de los mtodos aplicables ala exploracin geotcnica.

8.1.1 Pozos a cielo abierto. Se hace laexcavacin de preferencia con pico y pala,extrayendo el material cortado con un boteoperado con una polea; la excavacin debe tenerforma cuadrada de 1.5 m de lado, con unaprofundidad normalmente fretico menor de 10 m.Abajo del nivel fretico requiere de bombeo conpozos de punta hincados perimetralmente y si lapermeabildad es baja, pueden utilizarse bombascentrfugas elctricas.

Si las paredes de la excavacin son inestables, seademarn con madera formando marcosestructurales como se muestra en la fig. 60; elcalculo estructural de los marcos se hace con losestados de esfuerzo que se generan segn elmaterial en que se hace la excavacin.

En el caso de que el pozo se realice en arcilla, sepuede considerar que la profundidad mxima quese puede excavar sin usar ademe es:

donde :

Zmax = profundidad mxima de excavacin enarcilla, sin ademe, cm

C = cohesin del material, kg/cm2

Y = peso volumtrico de la arcilla, kg/cm3

Ka = coeficiente de empuje activo (Rankine),que se puede deducir de la fig. 62

INGENIERO CONSULTOR

INGENIERO SUPERVISORINGENIERO SUPERVISOR

OPERADOR OPERADOR

AYUDANTE AYUDANTE AYUDANTEAYUDANTE

BRIGADA

Zmax =4c

Ka


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8.1.2 Perforacin por lavado. Consiste enperforar con una columna de tubos que lleva en laparte inferior un trpano en forma de punta, cincelo cruz con orificios que permiten la salida del fluidode perforacin (fig. 63).

La accin combinada de percusin y de chiflnpermite cortar el material, que es llevado a lasuperficie por el flujo de perforacin, el cual puedeser agua o lodo.

El equipo que requiere est integrado con unmalacate ligero de cable de acero de 500 kg, concabeza de friccin para un cable manila; unabomba que desarrolle presin de 5 kg/cm2 y gastomnimo de 45 lt/min; un tripi; barras, mangueras ytrpanos. En la fig. 64 se muestraesquemticamente la instalacin del equipo.

Este procedimiento de perforacin es aplicable enarenas con pocas gravas y en suelos cohesivosabajo del nivel fretico; en suelos inestables sepuede utilizar ademe metlico o lodo paramantener las paredes de la perforacin.

El mtodo de perforacin por lavado es el que seusa con mas frecuencia en la exploracin desuelos ya que el equipo empleado es ligero ypuede transportarse a sitios de difcil acceso.

8.1.3 Perforacin a rotacin en seco.Consiste en perforar con barras helicoidales, quetransportan el material cortado a la superficiemediante la misma hlice. En suelos inestables,desde la superficie se pone lodo en pasta en lasbarras helicoidales y girando estas en sentidocontrario se puede estabilizar la perforacin, yaque el lodo suministrado es lanzado por las barrasy se enjarra en las paredes.

La columna de barras helicoidales, formada portramos que se unen con pasadores, lleva en laparte inferior un gaviln (ver fig. 65) que permitecortar el material.

Existe una variante de estas barras, que es elademe espiral (fig. 66). Funciona de igual formaque las barras helicoidales pero la columna seforma con tubos que permiten introducirmuestreadores como el penetrmetro estndar, eltubo Shelby o el tubo rotatorio dentado.Generalmente en la etapa de perforacin, elademe espiral lleva en el interior una varilla central

que en su parte interior tiene la cabeza de corte(fig. 67a); al llegar a la profundidad de muestreo seretira la varilla (fig. 67b) y se introduce elmuestreador (fig. 67c). El ademe espiral puedeusarse con otro procedimiento de operacin, quese describe en el mtodo de perforacin mixto.

Para realizar la perforacin se requiere unamquina perforadora para suelos generalmente vamontada en un camin; sus caractersticasprincipales se presentan en la tabla 16.

8.1.4 Perforacin a rotacin con agua olodo. Consiste en perforar mediante una columnade tubos en cuya parte inferior lleva una brocatricnica o una broca drag (fig. 68).

Para enfriar la broca y arrastrar el material cortadoa la superficie se inyecta agua o lodo.

Se requiere una mquina de perforacin parasuelos (tabla 16) que generalmente va montada enun camin (fig. 69).

Para realizar la operacin se aplica carga axial yrotacin, inyectando agua o lodo para estabilizarlas paredes.

Se usa lodo como fluido de perforacin enexcavaciones sobre el nivel fretico; debajo deeste nivel puede usarse agua o lodo segn sea lacondicin de estabilidad de las paredes, 7.2.

Para suministrar el fluido de perforacin a laperforacin se utilizan bombas cuyascaractersticas principales se anotan en la tabla 17.Para hacer una seleccin adecuada se recomiendarecurrir a las indicaciones del fabricante.

El mtodo de rotacin con agua o lodo es aplicablea todo tipo de suelo; en los granulares se utilizanlodos densos.

8.1.5 Perforacin mixta. Consiste en perforarcon el ademe helicoidal, ya descrito, arriba delnivel fretico y luego, usando el mtodo de lavadoo rotacin, por debajo del nivel fretico sin retirar elademe helicoidal, es decir, introduciendo los tubosde perforacin y la herramienta de corte una vezque se ha sacado la varilla central con la cabezade corte del ademe helicoidal. Si la parte de laexcavacin hecha con lavado o rotacin esinestable, se baja el ademe espiral y se prosigue laperforacin. Alcanzando el nivel de muestreo se


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(SEGUNDA PARTE)

saca la herramienta de corte y se introduce en sulugar el muestreador adecuado. Esteprocedimiento de perforacin es el ms eficiente.

Se requieren, para hacer la perforacin, unamquina perforadora para suelos ver la tabla 16 yuna bomba ver la tabla 17.

8.1.6 Perforacin de rocas. En la exploracingeotcnica generalmente no se profundizan lasperforaciones en rocas o son de poco espesor, portanto, es comn realizar la perforacin y muestreosimultneamente usando barriles (ver 1ra. parte).

Para revisar la perforacin se requieren unabomba (tabla 17) y una mquina de perforacincuya velocidad de rotacin sea mayor que la de lasusadas en suelos (500-300 rpm).

En general para perforar se requieren:

- barras de perforacin (fig 70) y cuyas medidasms usuales se anotan en la tabla 18,

- ademes (fig 71) y cuyas medidas ms usualesse anotan en la tabla 19.

En los casos que se use fluido de perforacin yrotacin se requiere una junta giratoria (fig 72) quepermite conectar la tubera proveniente de labomba a las barras que estn girando.

1.50

1.50

Esquinero

Larguero

15 a 20 cm

5 a 7.5 cm

Cuas dondese requieran

Larguero

Tablestacado15 a 20 cm

Tablestacado

Larguero

Esquinero

15 a 25 cm

(Decrementndose conla profundidad)

1.5 a 2.0 cm

Fig. 60 Ademado para un pozo a cielo abierto.


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(SEGUNDA PARTE)

2


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(SEGUNDA PARTE)

a) b) c)

d)

a) Punta (suelos suaves)b) Cincel (suelos duros)c) Cruz (cantos rodados y gravas)d) barretn

Fig. 63 Trpanos para hincado a percusin

Pasador

Gaviln

Fig. 65 Barra Helicoidal (ref. 11 y 14).

Trpode

Manguera

BombaManeral

Cable de manila

Malacate

Ademe

Tubo deperforacin

Herramienta deataque

Depositopararecoleccin demuestras

Fig.64 Perforacin por lavado.


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Diametro int.10.16 cm

6.35

7.62

0.63

13.97

152.40

13.97

11.432.54

5.08

Acotaciones en cm.

Fig. 66 Ademe helicoidal

a) b) c)

Fig. 67 Operacin del Ademe espiral.


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(SEGUNDA PARTE)

8.2 Lodos de perforacin.

8.2.1 Antecedentes. El fluido de perforacinms empleado hasta ahora en las exploracionesgeotcnicas ha sido el agua, pero gradualmente sehan incorporado los lodos de perforacinaprovechando las experiencias logradas en laperforacin de pozos petroleros, simplificando yadaptando las tcnicas de elaboracin, manejo y

control de lodos para ser aplicables an enperforaciones pequeas.

Las funciones principales del lodo son: enfriar labroca, transportar el material cortado por la broca ymantener estable la pared y el fondo de laperforacin; las mismas funciones cumple el agua,pero el lodo es considerablemente ms eficientepara transportar el material y particular la superaen la estabilidad que puede dar a la perforacineliminando la posible necesidad de ademe

fig. 72 Junta giratoria.

Broca tricnica Broca Drag

Fig. 68 Brocas para perforacin o rotacin conagua o lodo.

Torre

Gato hidraulico

Malacate

Bomba

Herramienta decorte

Crcamo desedimentacin

Barras

Sistemarotatorio

Caja demandos

Fig. 69 Equipo deperforacin orotacin.

Crcamo desuministro

Cople Barra

Cople Barra

Fig. 70 Barras deperforacin ycoples.

Especimenes3/641/161/18

Fig. 71 Ademes ycoples.


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(SEGUNDA PARTE)

metlico. Los lodos tienen tambin la ventaja sobreel agua de alterar menos el contenido natural dehumedad.

8.2.2 Tipos de lodos. La clasificacin msconvencional de lodos se basa en identificacinsegn su fase lquida; as, se reconocen: lodos deagua dulce, agua salada, de emulsiones aceite-agua y de aceite. En las exploraciones geotcnicassolo se utilizan lodos de agua dulce y cuando seperfora en zonas con agua salada se agreganaditivos.

Los lodos con agua dulce se pueden hacer conarcillas plsticas locales, bentonita natural obentonita tratada, en la fig. 72 bis se presentan lasviscosidades y densidades que se pueden obtenercon diferentes proporcionamientos.

8.2.3 Propiedades fsicas y controles decampo. Los lodos de perforacin deben elaborarsecuidando que tengan las propiedades fsicasadecuadas y que stas se mantengan durante eltrabajo. Las propiedades ms significativas son:densidad, viscosidad y tixotropa; es importantetambin controlar la contaminacin, en partcula dearenas. Los mtodos que se describan aqu para lamedicin y control de estas propiedades requierensolo de equipo elemental y econmico.

Densidad. Se define como el peso por unidad devolumen y se determina con una balanza denavaja(fig. 74) que consiste en una barra horizontalcon un recipiente para el lodo en un extremo y enel otro un contrapeso, la barra esta graduada enunidades de peso volumtrico (gr/cm3, lb/gal).

El instrumento debe calibrarse inicialmente conagua, para la cual debe medirse en el aparato1 kg/lt. En caso necesario se debe ajustar el pesodel brazo

La densidad de los lodos que se pueden elaborarest en funcin del tipo y cantidad de arcilla queutilice. Pueden variar de 1.2 a 1.25 kg/lt, siendolodos que por su viscosidad pueden ser manejadosaun con bombas convencionales de lodos. Sepuede utilizar barita en polvo para aumentar ladensidad conservando la viscosidad, lo cualpermite lograr lodos manejables con densidadeshasta de 1.35 kg/lt.

A = Zeogel o aquagelB = BarocoC = Rango de arcilla tpica

Fig. 73 bis Relacin ViscosidadProporcionamientode arcilla en agua dulce (ref. 25).

La densidad se debe elegir en funcin del pesovolumtrico y granulometra de los suelos; as enarenas gruesas de cuarzo con pocos finos serequieren lodos con densidades hasta de 1.25, enarcillas sin arenas Se podr operar con densidades1.05. se recomienda iniciar el sondeo con un lodode densidad media de 1.1 y modificarla durante elproceso de trabajo segn los materiales que seencuentren.

Viscosidad. Se define la viscosidad como laresistencia que opone un lquido a fluir. Ladeterminacin de la viscosidad se realiza con

Fig. 73 Balanza para lodos.

Perforacin

Tapa

Contrapeso


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(SEGUNDA PARTE)

1000 cc

fig. 74 Cono Marsh.donde:

D = densidad, kg/ltM = viscosidad, centipoisesT = tiempo, seg

0.47 cm

4.5 cm

15 cm Malla No. 10

35.5 cm

viscosmetros de rotacin y se mide encentipoises; de una manera simple y aproximadase puede determinar la viscosidad con el cono deMarsh (fig. 75).

Se coloca en el cono un litro de lodo, despusde agitarlo, y se mide el tiempo (T) en segundosen que el lodo sale del cono despus de retirarel dedo con que se obstruye la boquilla. Lacalibracin del cono se verifica comprobandoque el tiempo en que sale un litro de agua dulce a26.5 C sea de 28 segundos.

No se tiene una correlacin rigurosa entre laviscosidad medida con viscosmetro y con el conoMarsh; experimentalmente se ha obtenido laexpresin:

).(T

TD461

580 -=M

Las viscosidades de los lodos, medidas ensegundos, varan de 30 a 90 segundos; aquelloslodos que tengan viscosidades mayores de 90 segno pueden ser manejados con bombasconvencionales para lodos.

La viscosidad es una consecuencia de la cantidadde bentonita utilizada en la preparacin del lodo.Es recomendable iniciar la perforacin con un lodode 45 segundos, que se puede modificar en eldesarrollo de la perforacin. Se pueden utilizaraditivos (almidones) para incrementar la

viscosidad, pero esto conduce a una disminucinde la densidad y por ello es poco recomendable.

Gelatinosidad. Esta prueba sirve para medir laresistencia de un gel y su variacin con el tiempo,siendo una medida indirecta de la tixotropa; sepuede utilizar un viscosmetro o un shearmetroque hace la determinacin con menos precisin. Elshearmetro consta de un recipiente con unaescala adherida a el en unidades de esfuerzocortante (libras para un rea unitaria de 100 piescuadrados) y un cilindro de duraluminio que pesa 5gr (fig. 76). Se hacen dos mediciones: una con ellodo recin agitado y otra despus de dejarreposar el lodo durante diez minutos. Elprocedimiento consiste en colocar el cilindrohumedecido en la superficie del lodo y dejarlohundir; si es necesario se gua con los dedos paraque baje verticalmente y se hacen lecturas en laescala, en diferentes tiempos, a medida que elcilindro se va hundiendo. Si el cilindro se hundecompleto durante el primer minuto de observacin,se dice que la resistencia es nula; de los contrariose repite la operacin despus de dejar reposar ellodo durante diez minutos. La gelatinosidadmedida a los diez segundos en la primera prueba,debe estar entre 1 y 10 lb/pies2 y en la pruebaefectuada diez minutos despus debe tener unvalor de aproximadamente el doble, es decir, entre3 y 25 lb/pies2.

Contenido de arena. Se debe determinarperidicamente el contenido de arena de los lodosusados, ya que si es excesivo se aumenta elespesor de la costra que se forma en la pared dela perforacin y se tiene exceso de azolves quedificultan el muestreo y desgastan la bomba paralodo. La prueba se basa en determinar el volumende arena de una prueba de lodo.

El aparato para la medicin del volumen de arenaconsta de un tubo Baroid (fig. 77) con dos marcasde aforo para el lodo y para el agua y en la parteinterior una zona calibrada para la medicin delvolumen de arena; un pequeo embudo de plsticoque se coloca en la boca del tubo y un cilindroacoplado al embudo que lleva un malla No. 200(0.074 mm) en la que se retiene la arena.

El procedimiento de prueba consiste en tomar unamuestra de lodo y diluirlo en agua; los volmenes


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(SEGUNDA PARTE)

de ambos se miden usando las marcas de aforodel tubo.

a) Se agita la mezcla y se voltea el tubo parahacerla pasar por la malla y retener la arena.

a) Se separa el tubo del cilindro y se le agregaagua para despegar la arena que haya quedadoadherida en las paredes, haciendo pasar esta aguanuevamente por la malla para retener la arenadesprendida.

b) Se lava la arena retenida en la malla con unpequeo chorro de agua, para filtrar las partculasmenores que la malla 200.

c) Se acopla nuevamente el cilindro al embudocolocndolo esta vez invertido, es decir, con laarena en la parte inferior de la malla.

d) Por medio de un chorro de agua sedesprende la arena de la malla hacindola caerdentro del tubo de prueba.

El contenido de arena se determina con la escalagraduada del tubo. Con esta prueba es posibledeterminar contenidos de arena de hasta 20%.

Filtracin. El conocimiento de las propiedades defiltracin de un lodo permite estimar la habilidad delmismo para formar la costra y el espesor quepuede alcanzar. La determinacin de estapropiedad se hace con un filtro prensa; ladescripcin del filtro y su operacin se encuentraen la referencia 26.

pH. Es la medicin de la alcalinidad o acidez de unlodo expresada por su pH (pH es el logaritmodecimal del recproco de la concentracin de ioneshidrogeno). El pH vara entre 0 y 14, la acidezvara de 0 a 7, siendo 7 para una solucin neutral,

y entre 7 y 14 la alcalinidad. La determinacinaproximada del pH se hace con papel sensible que


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(SEGUNDA PARTE)

los aditivos de uso mas general y solo se requierenpequeas cantidades, an en presencia de agua,salada: usualmente 200 gr por metro cbico delodo es suficiente. Los lignosulfitos tienenaplicacin cuando los lodos se contaminan concemento.

8.2.4 Preparacin del lodo. El procedimientode preparacin del lodo debe ser tal que permita lacompleta hidratacin de la bentonita evitando quese formen grumos; la forma ms convencional deprepararlo es con ayuda de un dispositivo que sebasa en el principio del tubo Venturi (fig. 78); labentonita en polvo se coloca en el embudo del quela succiona la corriente de agua. El lodo recin

mezclado debe dejarse en reposo 24 horas comomnimo para asegurar la hidratacin de labentonita, si esto no es posible se requeriragregar mayor cantidad de betonita para asegurarque el lodo alcance la viscosidad requerida.

Fig 77 Cono mezclador de lodo.

8.3 Clasificacin y descripcin de suelos yrocas.

La clasificacin debe hacerse en base al SistemaUnificado de Clasificacin de Suelos (S.U.C.S.),segn la versin modificada que se incluye en lastablas 20 y 21; los adjetivos que se utilicen debenser lo ms precisos posible. Una vez clasificadodebe describirse el suelo segn su color usandolos adjetivos de la tabla 22; es conveniente utilizarpara la descripcin del suelo una lmina decolores.

En el caso de los suelos granulares debedescribirse la forma de los granos (tabla 23).

Es una buena prctica hacer en cada programa deexploraciones un catalogo de los suelosencontrados y clasificados, conservndolos entubos de ensaye.

La compacidad de los suelos granulares o laconsistencia de los suelos finos se debe apoyar enla informacin de la prueba de penetracinestndar (tablas 24 y 25). En algunos casos serposible determinar el origen de los suelos (tabla26). En la tabla 27 se muestra en base a laclasificacin de suelos, la permeabilidad probabledel mismo. En la tabla 28 se dan valores tpicos dela porosidad, relacin de vacos, conteniendo deagua y pesos volumtricos de algunos suelos.

Para identificar las rocas en el campo, de manerapreliminar, se deben usar las tablas 29,30 y 31;clasificar una roca implica conocimientos formalesde mineraloga y una clasificacin confiable solo sedebe hacer en el laboratorio, con personalespecializado.

Tambin se deben describir la dureza y otrascaractersticas fsicas importantes de las rocas(tabla 32). La descripcin del color y forma de losgranos se hacen con los adjetivos de las tablas 22y 23. La calidad de la roca se describe en base alROD (tabla 33) y la fisuracin (tabla 34). Esconveniente describir el relleno de las fisuras.

PROCEDIMIENTOS DE IDENTIFICACIN PARA SUELOSFINOS O FRACCIONES FINAS DE SUELOS EN EL CAMPO.

Estos procedimientos se ejecutan con la fraccinque pasa la malla No. 40 (aproximadamente 0.5mm). Para fines de clasificacin en el campo, si nose usa la malla, se quitan a mano las partculasgruesas que interfieran con las pruebas.

MOVILIDAD DEL AGUA.(Reaccin al agitado)

Despus de quitar las partculas mayores que lamalla No. 40 se debe preparar una pastilla desuelo hmedo igual a 10 cm3, aproximadamente; sies necesario, se agrega suficiente agua paraobtener un suelo suave pero no pegajoso. Coloquela pastilla en la palma de la mano y agitehorizontalmente, golpeando vigorosamente contrala mano varias veces. Una reaccin positivaconsiste en la aparicin de agua en la superficie de

BentonitaEmbudo de lmina

Agua a presin

2.5

Lod

1 cm


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(SEGUNDA PARTE)

la pastilla, la cual cambia adquiriendo unaconsistencia de hgado y se vuelve lustrosa,cuando la pastilla se aprieta entre los dedos, elagua y el lustre desaparecen de la superficie, lapastilla se vuelve tiesa y, finalmente, se agrieta ose desmorona. La rapidez de la aparicin del aguadurante el agitado, y de su desaparicin durante elapretado, sirve para identificar el carcter de losfinos en el suelo.

Las arenas limpias muy finas dan la reaccin masrpidamente y distintiva, mientras que las arcillasplsticas no tienen reaccin. Los limos inorgnicostales como el tpico polvo de roca, dan unareaccin rpida moderada.

RESISTENCIA EN ESTADO SECO.(Caractersticas al rompimiento).

Despus de eliminar las partculas mayores que lamalla No. 40, molde una pastilla de suelo hastaalcanzar una consistencia de masilla aadiendoagua si es necesario. Deje secar la pastillacompletamente en un horno, al sol o al aire ypruebe su resistencia rompindola ydesmoronndola entre los dedos. Esta resistenciaes una medida del carcter y cantidad de lafraccin coloidal que contiene el suelo. Laresistencia en estado seco aumenta con laplasticidad.

Una alta resistencia en seco es caracterstica delas arcillas del grupo CH. Un limo inorgnico tpicoposee solamente muy ligera resistencia. Lasarenas limosas y los limos tienen,aproximadamente, la misma resistencia, peropueden distinguirse por el tacto, al pulverizar elespcimen seco. La arena fina se siente granular,mientras que el limo tpico da la sensacin suavede la harina.

TENACIDAD.(Consistencia cerca del lmite plstico)

Despus de eliminar las partculas mayores que lamalla No. 40, molde un espcimen de

aproximadamente 10 cm3 hasta alcanzar laconsistencia de masilla. Si el suelo esta seco, debeagregarse agua, pero si est pegajoso, debeextenderse el espcimen formando una capadelgada que permita la prdida de humedad porevaporacin. Posteriormente, el espcimen serueda con la mano sobre una superficie lisa, oentre las palmas hasta hacer un rodillo de 3 mm dedimetro, aproximadamente, se amasa y se vuelvea rodar varias veces. Durante estas operaciones,el contenido de humedad se reduce gradualmentey el espcimen llega a ponerse tieso, pierde,finalmente, su plasticidad y se desmorona cuandose alcanza el lmite plstico. Despus de que elrollo se ha desmoronado, los pedazos debenjuntarse continuando el amasado entre los dedoshasta que la masa se desmorone nuevamente.

La preponderancia de la fraccin coloidal arcillosade un suelo se identifica por la mayor o menortenacidad del rodillito al acercarse al lmite plstico,por la rigidez de la muestra al romperse finalmenteentre los dedos. La debilidad del rodillo en el lmiteplstico y la prdida rpida de la coherencia de lamuestra al rebasar este lmite, indican la presenciade arcilla inorgnica de baja plasticidad o demateriales tales como arcilla del tipo caoln yarcillas orgnicas que caen debajo de la lnea A.Las arcillas altamente orgnicas dan unasensacin de debilidad y son esponjosas al tactoen el lmite plstico.

8.4 Registros tipo de los trabajos decampo de la exploracin geotcnica.

Los registros tipo no deben ser simples, perocontener al mismo tiempo la informacin mssignificativa. Para llenarse con claridad se sugierenlos smbolos y abreviaturas contenidas en lastablas 35 y 36.


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34. Instituto de Ingeniera (UNAM).

35. Instituto de Geologa (UNAM).

10. Concordancia con Normas Internacionales.

No aplica.


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(SEGUNDA PARTE)

11. Tablas.

Tabla 12

Coeficiente de forma (ref. 23)

Relacin Forma de la cavidad Permeabilidad local Coeficiente c

0 disco Vertical C= 2D

1


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(SEGUNDA PARTE)

Tabla 13Criterio de seleccin de muestreadores

Tipos de suelos Mtodo deperforacin

Sondeos deexploracin Sondeos inalterados

Pozos a cielo abierto paramuestreo inalterado

Suelos cohesivos muy blandos Inadecuados

Suelos cohesivos medios Adecuados, se requiere ademe

Suelos cohesivos duros o muy duros Adecuados, puede no requerirademe

Arenas sueltas Inadecuados abajo del nivelfreatico

Arenas muy compactas Adecuados

Gravas Inadecuados abajo del nivelfreatico

Suelos expansivos Muy adecuados

Suelos con estratos de diferentedureza

Adecuados

Suelos cohesivos arriba del nivelfretico

Adecuados

Suelos orgnicos abajo del nivelfretico

Inadecuados

Rocas y suelos muy duros Inadecuados

Barr

il Denis

on

Lavado y

rota

cin c

on a

gua o

lodo a

dem

e e

speci

al

Rota

cin c

on lodo y

adem

e e

spir

al

Rota

cin y

adem

e e

spir

al

est

andar

hola

ndes

y se

rmes

pis

ton lib

re

Shelb

y

Tubo r

ota

tori

o d

enta

do

Pic

her

Barr

il N

seri

e L


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(SEGUNDA PARTE)

Tabla 14Comportamiento de los suelos (ref. 24)

Clase de suelos Suelos gruesos limpios(GW, GP, SW, SP)

Suelos gruesos con finos(GM, GC, SM, SC)

Suelos finos (MH, ML, CH,CL, OL)

Permeabilidad

Permeables. Las pruebas depermeabilidad en el campo sonlas nicas representativas.

Semipermeables a impermeables.Las pruebas de permeabilidad decampo son las mas adecuadaspara un contenido de finos menorde 25 por ciento.

Suelos impermeables en caso deno estar fisurados. Ladeterminacin del coheficiente depermeabilidad durante una pruebade consolidacin es adecuada.

Comprensibilidad yexpansibilidad

Los asentamientos son pequeoscuando los materiales soncompactos. Y la magnitud de losesfuerzos reducida. Si losdepsitos son heterogneospueden dar lugar a irregularidadesimportantes en lacomprensibilidad.

La comprensibilidad varaconsiderablemente segn lacompacidad del deposito. Lasarenas finas limosas puedenpresentar asentamientos bruscosen caso de saturarse bajo carga.

Es indispensable efectuarpruebas de consolidacin en ellaboratorio. Los suelos limosos nosaturados pueden presentarasentamientos bruscos alsaturarse bajo carga. Los suelosarcillosos en el estado secopueden presentar expansiones alaumentar su contenido de agua.

Resistencia al corte

Muy variable dependiendo de lade la compacidad de losdepsitos y su homogeneidad. Serelaciona, salvo en el caso dearenas sueltas, con el numero degolpes en una prueba depenetracin estndar.

Es indispensable estudiarla enlaboratorio efectuando pruebastriaxiales con especmenesinalterados. Se ha de tomar enconsideracin las posiblesvariaciones del contenido de aguay la heterogeneidad del manto aldefinir las condiciones de laspruebas.

Es indispensable estudiarla enlaboratorio efectuando pruebastriaxiales con especmenesinalterados. Puede ser til enciertos casos efectuar una pruebade veleta.

Fabricacin

Salvo los materiales de los gruposSW y SP, presenta buenaresistencia a la tubificacin. Esmuy importante en este aspecto laheterogeneidad de los depsitos.

Las arenas limosas presentan unaresistencia a la tubificacin mediaa baja, mientras los otrosmateriales de este grupo tienenuna resistencia a la tubificacin dealta a media. Es muy importanteen este aspecto laheterogeneidad de los depsitos.

Los limos presentan bajaresistencia a la tubificacin y a laarcilla de media a alta. Es muyimportante en este aspecto laheterogeneidad de los depsitos.

Licuacin

Las arenas sueltas finas ysaturadas son muy susceptibles ala licuacin. Los otros materialesde este grupo son por lo general,poco sensibles a la licuacin.

Las arenas finas, limosas,uniformes y en estado suelto sonmuy sensibles.

Susceptibilidad prcticamentenula.

24.15 Tabla 15Mtodos de perforacin

Mtodo Aplicabilidad en suelos

pozos a cielo abierto todos tipos

lavado con agua o lodo cohesivos blandos, muy adecuados en arenas conpoca grava

en seco cohesivos blandos a duros, arriba del nivel freatico

rotacin con agua o lodo todos tipos

mixto todos tipos

rotacin con agua o lodo suelos muy duros y rocas de blandas a durasRoca

s


29/45


(SEGUNDA PARTE)

Tabla 16

Caractersticas principales de mquinas de perforacin para suelos

Velocidad deavance (m/min)

Capacidad enfuncin de la

herramienta decorta (m)

Fuerza deavance (T)

Fuerza derecuperacin

(T)

Paramximo(T-m)

Velocidad derotacin (R.P.M.)

Pesoaproximado

(T)

Velocidadde malacate

(m/min)

Capacidadde malacatecable acero = 1.25 (T)

H 80

D 50012 10 2.512 3 - 15 1.5 I-IR 34

2-2R 703-3R 125

4-4R 260

9.0 24 5

H 60

D 500

8 10 1.0 B1 63 A1 98B2 130 A3 201B3 238 A3 368B4 403 A4 623BR 51 AR 80

2.5 15 a 100 2.5 a 5

D 120 4.5 6.5 1 2042 422

3 7724 1302R 167

1 1

H 50

D 400

9 6 7.510 10- 30 0.7 I-IR 432-2R 90

3-3R 1664-4R 287

5 20 1

H 100

D 600

55 7 012 0- 12 1.5 65 a 850 4

H 30

D 50

3 4 1.8 3.5 0.3 2 1

Nota:

B = Baja H = Helicoidal

A = Alta D = Broca

R = Reversa

Tabla 17

Caractersticas de las bombas

Presin Gasto PesoUso

lb/in2 kg/cm2 gpm lts/min

Potencia delmotor (HP) lb kg

300 21.1 20 75.6 12.5 675 306

600 42.2 20 75.6 30. 710 322

300 21.1 35 132.4 18 975 441

Agua

400 28.1 40 151.3 30 1045 474

450 31.5 0.05 a 200 gpm

1000 70.3 0.20 a 125 gpm

225 15.8 1.00 a 500 gpm

Lodo

75 5.3 1.00 a 200 gpm


30/45


(SEGUNDA PARTE)

Tabla 18.

Medidas de las barras mas usuales

e i cBarrain mm in mm in mm

Pesokg/10 ft

Cuerdaspor

pulgadaEW 1 34.9 22.2 7/16 12.7 14.0 3AW 1 23/32 44.4 1 7/32 30.9 15.9 19.9 3BW 2 54.0 1 44.5 19.0 19.0 3NW 2 66.7 2 57.2 1 34.9 24.5 3

e : dimetro exteriori : dimetro interiorc : dimetro interior del cople

Tabla 19Medidas de los ademes ms usuales

e iAdemein mm in mm

Pesokg/10 ft

Cuerdas porpulgada

NW 3 88.9

HW 4 114.3 3 101.6 51.3 4

Fig. 62. Distribucin de presiones debidas a excavacin en arcilla y arenase : dimetro exteriori : dimetro interior


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(SEGUNDA PARTE)

Tabla 20Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos

Identificacin de campo y descripcin.(Ref. 27)

PROCEDIMIENTO DE IDENTIFICACION EN EL CAMPO(Se excluyen las partculas mayores de 7.6 cm (3 pulg) y se buscan las fracciones en

pesos estimados)

SIMBOLOS DELGRUPO

( )NOMBRES TIPICOS

Amplia gama en los tamaos de partculasy cantidades apreciables de tamaos

intermedios

GW Gravas bien graduadas, muestras degrava y arena, con pocos finos o regulares

GR

AV

AS L

IMPIA

S(P

oca

s part

cula

sfinas

o n

inguna)

Predominio de un tamao o un tipo detamao, con presencia de algunos

intermedios

GP Grava mal graduada, muestras de grava yarena con pocos finos o regulares

Fraccin fina poco o nada plstica (paraidentificarla ver grupo ML)

GM Gravas limosas y mezclas de grava arenay limo

GR

AV

AS

Ms

de la m

itad d

e las

part

cula

s ti

enen u

ndi

metr

o>

5 m

m (

*)

GR

AV

AS

CO

N

FIN

OS

(Canti

dad

apre

ciable

de

part

cula

sfinas) Fraccin fina plstica (para identificarla

ver grupo CL)GC Grava arcillosa y muestras de grava arena

y arcillaAmplia gama en los tamaos de las

partculas y cantidades apreciables detodos los intermedios.

SW Arenas bien graduadas, arenas con grava,con pocas finas o ninguna

AR

EN

AS

LIM

PIA

S(P

oca

s o

nin

guna

part

cula

s finas)

Predominio de un tamao o un tipo detamaos con procedencia de algunos

intermedios.

SP Arenas mal graduadas, arenas con grava,con pocas finas o ninguna

Fraccin fina poco o nada plstica (paraidentificarla ver grupo ML)

SM Arena limosa, muestras de arena/lima

SU

ELO

S D

E P

AR

TIC

ULA

S G

RU

ESA

SM

s

de la m

itad d

e las

part

cula

s so

nm

ayore

s de 0

.08

mm

(*)

AR

EN

AS

Ms

de la m

itad d

e las

part

cula

s ti

enen u

ndi

metr

o 30

qu < 0.25 0.25 0.50 0.50 1.0 1.0-2.0 2.0 4.0 > 4.0

N nmero de golpes en la prueba de penetracin estndar.

qu resistencia de compresin simple, en kg/cm2

Tabla 25Densidad relativa de arenas y el nmero de golpes obtenido en pruebas de

penetracin estndar (ref 29)

Nmero de golpes Densidad relativa

0 4 Muy suelta

4 10 Suelta

10 30 Media

30 50 Densa

> 50 Muy densa


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(SEGUNDA PARTE)

Tabla 26

Clasificacin de los suelos segn su origen (ref 1)

Origengeolgico

Proceso de formacin Naturaleza de losdepsitos

Granulometra tpica

Residual

Suelo intemperizado en el lugar dela roca madre.

Casi invariable, con la profundidadllega a ser mas compacto y menosintemperizado. Puede tener capasalternadas duras y blandas oestratificacin de la roca madre si laintemperizacin es incompleta.

El producto de intemperizacin esarcilla cuyo tipo depende delproceso de intemperizacin y laroca madre, adems de la cantidadde partculas de slice resistente. Elsuelo en etapa intermedia refleja lacomposicin de la roca madre.

Aluvial.

Materiales transportados yredepositados por la accin delagua.

Generalmente con estratificacinpronunciada. Los depsitos de rotpicos consisten de material fino deorigen reciente sobreyaciendo en unestrato de material grueso de laetapa joven del desarrollo del ro.

Rango de arcilla lacustre o marinamuy fina a grava muy gruesa,cantos rodados y boleos en abanicopluvial o depsitos de terraza.

Glacial.

Materiales transportados yredepositados por hielo glacial oagua de glaciares.

La estratificacin vara mucho deacuerdo con el depsito, demorrenas heterogneas o tillfinamente estratificado limo(varvado) y arcilla en lagosglaciales.

Till y morena tienen tpicamentegranulometria amplia de arcilla aboleos.

Loesial.

Suelo transportado por viento sinredepositacin subsecuente.

En el loes, la estratificacinhorizontal no se distingue o noexiste excepto si hay horizontalesintemperizados, frecuentementetienen estructura secundaria degrietas verticales, juntas yperforaciones de races.

La granulometra ms uniforme delos suelos. El rango de loes es delimo arcilloso a arena fina limosa.Las arenas de las dunasgeneralmente tienen limo y arcillade medianos a finos.

Suelos orgnicos formados porcrecimiento y putrefaccin deplantas.

En las turbas no se defineestratificacin.

De colores oscuros, las turbasdivididas finalmente son productode descomposicin avanzada enpresencia del aire. La turba fibrosaha estado siempre sumergida.

Orgenes geolgicossecundarios.

Cenizas y pumicita depositadas poraccin volcnica

Materiales precipitados oevaporados de soluciones de altocontenido salinoso.

Frecuentemente asociadas conflujos de lava y lodo o quizmezcladas con sedimentos novolcnicos.

Incluye algunas variedades comoolita precipitada de calcio en aguamarina o evaporistas formadas enlagos de playa bajo condicionesridas.

Tpicamente partculas de tamaode limo con restos volcnicos, msgrandes. La intemperizacin yredepositacin producen arcillaaltamente plstica.

Pueden formar suelos cementadoso rocas sedimentarias blandasincluyendo yeso o anhidrita.


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(SEGUNDA PARTE)

Tabla 27Caractersticas de permeabilidad y drenaje de los suelos (ref. 29 y 30)

Coeficiente de permeabilidad k, en cm/seg (escala logartmica)

1022 101 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9

Drenaje Bueno PobrePrcticamenteimpermeable

Tipos de suelo Grava limpia Arenas limpias, arenalimpia y mezclas de grava

Arenas muy finas,limos orgnicos einorgnicos;mezclas de arena,limo y arcilla; tilitas,arcilla estratificada;etc.

Suelosimpermeablesafectados porvegetacin eintemperismo

Suelos impermeables,v.g., arcillashomogneas debajo dela zona deintemperismo.

Tabla 28

Porosidad, relacin de vacos, contenidos de agua y pesosvolumtricos de varios suelos en estado natural (ref. 29 y 30)

Descripcin Porosidadn

(%)

Relacinde vacos

HumedadW(%)

Pesos volumtricosY Y

(ton/m3)

Arena uniforme Sueltadensa

4634

0.850.51

3219

1.431.75

1.892.09

Arena biengraduada

Sueltadensa

3720

0.600.25

229

1.652.12

2.022.32

Limo Baja plasticidadAlta plasticidad

4968

0.952.16

3580

1.380.85

1.871.54

Arcilla inorgnica Blandadura

5537

1.20.6

4522

1.221.69

1.772.07

Arcilla orgnica Bajo contenido demateria orgnicaAlto contenido demateria orgnica

66

75

1.9

3.0

70

110

0.93

0.68

1.58

1.43

Bentonita Blanda 84 5.2 194 0.43 1.27

W contenido de agua cuando saturada, en porcentaje del peso seco.

Y peso volumetrico seco.

Y peso volumetrico saturado.


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(SEGUNDA PARTE)

Tabla 29Rocas gneas

tipo caractersticas colores Nombre

Piroclsicos formados porfragmentos

sueltos

consolidados

cenizas volcnicaslapilli, pomex,

bombas fragmentosde lava

tobabrecha volcnica

aglomerados

Vidrios volcnicos no cristalinos,pueden mostrarlneas de flujo

vitrificas

parcialmentevitrificadas

obsidiana pomezescoria

lavas vitriadas

Extrusivas cristalinas de granofino (afanticas)

cido

bsico

claro o rojogris

gris oscuro onegro

feldespatos

potasio-sodio

sodiocalcio

cuarzo

si

nonono

nombre

riolita

tracitaandesitabasalto

Intrusivas

cristalinas de granogrueso (fanarticas)

cido

bsico

claro o rojogris

oscuro o verdes

potasio-sodio

pocos, sodiocalcio sin

feldespatos

si

nononono

granito

sienitadiorita

gabro

peridota

Tabla 30Rocas sedimentarias

Tipo depositacinsueltos boleos

gravaarenalimo

Sedimento mecnica arcillaelstico

Consolidados brechasCompactacin conglomeradosCementacin areniscas

Recristalizacin lutitascaliza

dolomitasCalcreas travertino

margas

qumica Silicosas pedernal

Sedimento sal gemaConsolidado Salinas yeso

braxtequesquite

calizacoral

Calcreas coquinaOrigen creta

OrgnicoSilicosa diatomita

turbaCarbonoza lignita

hullaantracita


36/45


(SEGUNDA PARTE)

Tabla 31Rocas metamorficas

Tipo Caractersticas Nombregneiss

Cristalina de grano mrmol impurogrueso esquistos

Foliadas grafitoO

bandeadas pizarraDensa y amorfa antracita

grafito

serpentinaCristalina de grano cuarcita

gruesa mrmolNo foliadas anfbolamasivas y

homogneas serpentinadensa cuarcita

caliza cristalina

Tabla 32Caractersticas fsicas de las rocas.

Formacin Litologa Dureza (lo raya)masiva calcrea muy suave

silicosa suave (la ua)estratificada arenosa moderadamente

dura(navaja)

foliada limosa dura (difcil)fragmentada arcillosa muy dura (no la

rayala navaja)

cementacin Textura Estructura(cristales)

pobremente Densa estratificadacementada Fina fracturada

Media fisuradamuy cementada Granular tallada

superficie defalla

Alteracin Porosidad Expansividadno alterada slido no expansiva

vesicularligeramente poroso expansiva


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(SEGUNDA PARTE)

Tabla 33

Calidad de la roca

RQD (%) Calidad

0 25 muy mala

25 50 mala

50 75 buena

75 90 muy buena

90 - 100 excelente

Tabla 34

Fisuracin de la roca

Separacinentre fisuras(cm)

Fisuracin

< 5 muy prxima

5 30 prxima

30 100 moderadamenteprximas

100 300 separadas

> 300 muy separadas

Tabla 35

Smbolos complementarios para formular los registros de campo

ROCAS SUELOS

Arenisca Arcilla

Conglomerado Limo

Pizarra Arena

Coliza Grava

Coral Boleos

Lutita Relleno

Gneiss Races

Esquisto Turba

Cuarcita


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(SEGUNDA PARTE)

Tabla 36

Abreviaturas complementarias para formular los registros de campo

Abreviaturas SignificadoSUCS Sistema Unificado de Clasificacin de SuelosG GravaS ArenaM LimoC ArcillaO Suelo orgnicoPt TurbaW Bien graduadoP Mal graduadoL Baja plasticidadH Alta plasticidadSPT Prueba de penetracin estndarN Nmero de golpes en SPTNF Nivel freticoPCA Pozo a cielo abiertoBT Broca triconicaDG Broca tipo DragF-3 Muestra alterada en frasco numero 3B-4 Muestra alterada en bolsa numero 4F-2L Muestra lavada en frasco numero 2MI-8 Muestra labrada in situ numero 8TS-12 Tubo Shelby numero 12TD-9 Tubo Denison numero 9TP-11 Tubo Pitcher numero 11TPL-7 Tubo Pistn libre numero 7TR-5 Tubo rotatorio dentado numero 5NXL-6 Muestra de roca tomada con barril N serie L numero 6Rec 45/75 45 cm de recuperacin en 75 cm muestreados50/10 50 golpes en 10 cm en SPTEW,AW,BW,NW Barras de perforacin (tabla 18)NW,HW Ademes (tabla 19)BXL,NXL Barriles muestreadores serie LPA Prdida de agua o lodo de perforacin

a) Tapab) Frasco de Lt.

Fig. 78 Identificacin de frascos.

M 14

F 20SPT.:10 15- 20

M 14Prof, 15Sucs. CH18 Jun. 1975F - 20

Identificacin del sondeo

Profundidad

Clasificacin SUCSFecha

Nmero de frasco

Nmero de golpes dela prueba depenetracin estndar


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(SEGUNDA PARTE)

Fig. 79 Etiqueta para identificacin de muestrasalteradas e inalteradas

SONDEO: NIV. FREAT. HOJA:

LOCAL Z: MAQUINA: FECHA:

PEMEX EXPLORACION YPRODUCCION

PRUEBA DE PENETRACION CONOHOLANDES

OBRA:

X: Y: OPERADOR: SUPERVISOR:

Manmetros (kg/cm2) Esfuerzo kg/cm2 ObservacionesProf.(m) Cono Funda Conjunto qc fs

NOTAS

PEMEXEXPLORACION Y

PRODUCCION

IDENTIFICACION DELA MUESTRA

OBRA PROCEDIMIENTO DEPERFORACION

SONDEO PROFUNDIDAD

OPERADOR FECHA

CLASIFICACION SUCS


40/45


(SEGUNDA PARTE)


LOCAL Z: MAQUINA: FECHA:


PRUEBA DE PENETRACIONDINAMICA SERMES

OBRA:


Prof.(m) M en kg N10 K Rd en

kg/cm2qc en

kg/cm2Observaciones

NOTAS SIMBOLOSM =Peso del martillo, en kg

N10 = Nmero de golpes por 10cm

K =Constante

Rd = Resistencia a la penetracindinmica, en kg/cm2 (Rd = kN10)

qc =Resistencia esttica, enkg/cm2 (suelos granularesqc = Rd/2)


41/45


(SEGUNDA PARTE)

(2)

(1)

(3)

(4)

(5)


MAQUINA: FECHA:


REGISTRO DE CAMPO

OBRA:

LOCALIZACION

Z:

X:

Y:

OPERADOR: SUPERVISOR:

N (SPT) MuestreoProf.

en m o f tClasificacin SUCS

Muestra No. 1

15 cm2

15 cm3

15 cmPresin

RecAde

me mhora


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(SEGUNDA PARTE)

PROFm -ft

MUESTRANo.

CLASIFICACION REC%

PENETRACION ESTANDAR 20 40 60

LPI_____________ P____________ LL 20 40 60 80

TORCOMETRO SV X COMP.SIMPLE

PROPIEDADES

TS-1CL

Caf CL 17/30F-1-F-2 MI gris arenoso

10 TS-2 CH OCH CH 28/30


43/45


(SEGUNDA PARTE)

OBRA: SONDEO: HOJA:

LOCAL Z: NIV. FREAT: FECHA:


SONDEO POZO ACIELO ABIERTO


CorteProf.(m) N-S E-W

Muestra Clasificacin SUCS Ademe Observaciones

NOTAS MI = Muestras inalteradas Clave

F = Muestra alterada Arcilla Gravaen fresco

Limo Orgnico

B = Muestra alterada Arena Nivel freticoen bolsa


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(SEGUNDA PARTE)

OBRA: SONDEO LOCALIZACION

X=

X= Z= HOJA

FECHA MAQUINA TIPO BARRIL No. BROCA TIPO DE BROCA

PEMEX EXPLORACIONY PRODUCCION

REGISTRO DE CAMPOMUESTREO DE ROCAS OPERADOR: SUPERVISOR NIV. FREAT. CONDICIONES DE BROCA

LONGITUDES, en m Presin (kg/cm2) HORANo.

PROFmD-A

(P)PERFORADA

(R)

RECUPERADA

DE LOS TRAMOSRECUPERADOS

L 10 Rec%

RQD% BARRIL BOMBA

VELOCIDADRPM INICIO TERM.

CLASIFICACION

Y

DESCRIPCION

OBSERVACIONES

CLASIFICACION

Y

DESCRIPCION

OBSERVACIONES

CLASIFICACION

Y

DESCRIPCION

OBSERVACIONES

CLASIFICACION

Y

DESCRIPCION

OBSERVACIONES

LODO DENSIDAD VISCOSIDAD MARCH

FLUIDOAGUA TIPO LODO ADITIVOS

COMENTARIOS L 10 = Longitud acumulada de lostramos de 10 o mas cm

Rec = RP

100 RQD=L10 P

100


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(SEGUNDA PARTE)

SONDEO: .PRUEBA No. HOJA:

LOCAL Z: Prof.: FECHA:

X: Y: NIV. FREAT: OPERADOR:


PRUEBA DE VELETA

OBRA: Factor de celda G Puente medidor Superv.

VELETA TIPO Dimensiones D H VelocidadRotacin o/min

Tiempomin

Lecturapuente( /

Lectura L

Esfuerzocortante( kg/cm2)

Fuerza axial kg

Observaciones

Constante calibracin de la celdaelectrnica

k =

Veleta convencional

H = 2D

H Momento = k L

D S=

Veleta modificada

R= 2.47 cm

h= 2.00 cm

Momento k L

Sv = Fuerza axial para el hincado ydurante la prueba, no siempre semide

K L3.66 D3

K L108.23

p.2.0111.02

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