UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

FACULTAD DE AGRONOMIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

TEMA : Exploración y Muestreo del Suelo

CURSO : Mecánica de Suelos

ALUMNO : Del Rosario Ruiz Anthony KevynZurita Melendrez Pedro Miguel

DOCENTE : Ing. Juan Timaná Fiestas

Lunes 14 de septiembre del 2015, Piura – Perú

1. INTRODUCCIÓN

Todo proyecto de ingeniería, incluidas las acciones y obras de estabilización de laderas y taludes, debe contar con una evaluación geotécnica del terreno donde se ha propuesto su ejecución. El alcance de dicha evaluación depende de las condiciones del terreno como tal y de las características del proyecto, y de la etapa de desarrollo que se trate. En cada caso deberá combinarse en diferentemedida la información general y de conjunto, donde puede jugar un papelimportante la experiencia y el conocimiento previo del área por parte delespecialista, con la información puntual generada en los sondeos y ensayos decampo y de laboratorio. El resultado final de la evaluación geotécnica integral de un terreno permite hacer una apreciación general sobre su aptitud y limitaciones para el desarrollo de un proyecto en particular y presentar la caracterización geotécnica del terreno.

2. OBJETIVOS

Objetivo general

Determinar la gran importancia que tiene el estudio de exploración y muestreo de suelos que constituyen ciertos terrenos

Objetivo especifico

Mediante la exploración obtener la información que permita determinar las características geotécnicas de las rocas o los suelos de cierto terreno.

Mediante el muestreo saber la importancia del conocimiento de los depósitos de suelos identificados en la etapa preliminar del estudio geotécnico.

3. MARCO TEÓRICO

Exploración del suelo

Métodos de Exploración del Subsuelo

El proceso de identificar los estratos de depósito que subyacen a una estructura propuesta y sus características físicas se denominan generalmente exploración del subsuelo, cuyo propósito es obtener información que ayude al ingeniero en geotecnia en las siguientes tareas:

1. Seleccionar el tipo y profundidad de una cimentación adecuada para una estructura dada.

2. Evaluar la capacidad de carga de una cimentación.

3. Estimar el asentamiento probable de una estructura.

4. Determinar problemas potenciales de la cimentación (por ejemplo suelo expansivo, suelo colápsable, relleno sanitario etc...)

5. Determinar la posición del nivel del agua.

6. Predecir la presión lateral de tierra en estructura tales como muro de contención, tabla estacas y cortes apuntalados.

7. Establecer métodos de construcción para condiciones cambiantes del subsuelo.

La exploraciones subsuelo es necesaria también para construcciones y excavaciones en el subsuelo y puede ser requerida cuando se contemplan adiciones o alteraciones de estructuras existentes.

Programa de Exploración del Subsuelo: La exploración del subsuelo comprende varios pasos, incluidas la recolección de información preliminar, el reconocimiento y la investigación del sitio.

Recolección de la información preliminar: Debe obtenerse información relativa al tipo de estructura por construirse y acerca de uso general. Para la construcción de edificios, se deben conocer las cargas aproximadas en columnas y espaciamiento, el código de construcción local y requisitos de los sótanos. La construcción de puentes requiere la determinación de la longitud del claro y las cargas sobre estribos y pilas.

Reconocimiento

El ingeniero debe siempre efectuar una inspección visual de sitio para obtener información de las siguientes características:

1. La topografía general dl sitio y la posible existencias de zanjas de drenaje, tiraderos abandonados o basura, u otros materiales. También, la evidencia de escurrimiento plástico en taludes y gritas profundas y anchas de contracción a intervalos espaciados regularmente es indicativos de suelos expansivos.

2. La estratificación de suelos en cortes profundos como los hechos para la construcción de carreteras y vías férreas cercanas

3. El tipo de vegetación en el sitio que indica la naturaleza del suelo.

4. Marcas altas de agua en edificios y estribos de puentes cercanos.

5. Niveles del agua freática, que se determinan por revisión de pozos cercanos.

6. Tipos de construcción cercana y existencia de grietas en muros u otros problemas

La naturaleza de la estratificación de propiedades físicas del suelo cercano también se obtiene de reportes disponibles de exploración del subsuelo para estructuras existentes cercanas.

Investigación del sitio

La fase de investigación del sitio del programa de exploración consiste en:

1. Planear2. Hacer barrenos de prueba3. Recolectar muestras de suelo a intervalos deseados para

observaciones y pruebas de laboratorio subsecuentes.

La profundidad mínima aproximada requerida de los barrenos debe predeterminarse; sin embargo, la profundidad puede cambiarse durante la operación de perforado, dependiendo del subsuelo encontrado para determinar la profundidad mínima de barrenado para cimentaciones, los ingenieros usan las reglas establecidas:

1. Determine el incremento neto de esfuerzo2. Estime la variación del esfuerzo vertical efectivo3. Determine la profundidad4. Al menos que se encuentre un lecho rocoso, se tomara la menor de las

dos profundidades.

Métodos de exploración del subsueloLos tipos principales de sondeos que se usan en Mecánica de Suelos para fines de muestreo y conocimiento del subsuelo, en general son los siguientes:

1. Métodos de exploración de carácter preliminar

1.1. Pozos de cielo abierto o calicatas con muestreo alterado o inalterado: Cuando este método sea practicable debe considerársele como el más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo, ya que consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para que un técnico pueda directamente bajar y examinar los diferentes estratos de suelo en su estado natural, así como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua contenida en el suelo. Desgraciadamente este tipo de excavación no puede llevarse a grandes profundidades a causa, sobre todo, de la dificultad de controlar el flujo de agua bajo el nivel freático; naturalmente que el tipo de suelo de los diferentes estratos atravesados también influye grandemente en los alcances del método en sí.

Deben cuidarse especialmente los criterios para distinguir la naturaleza del suelo "in situ" y la misma, modificada por la excavación realizada. En efecto, una arcilla dura puede, con el tiempo, aparecer como suave y esponjosa a causa del flujo de agua hacia la trinchera de excavación; análogamente, una arena compacta puede presentarse como semifluida y suelta por el mismo motivo. Se recomienda que siempre que se haga un pozo a cielo abierto se lleve un registro completo de las condiciones del subsuelo durante la excavación, hecho por un técnico conocedor.

1.2. Perforaciones con posteadora, métodos, barrenos helicoidales o métodos similares: Es el método más simple para efectuar sondeos de exploración. Existen dos tipos de barrenas manuales:

Agujeros para postes Helicoidal.

Las barrenas manuales no se usan para excavaciones a más de 3 a 5 metros; sin embargo, se usan para trabajos de exploración de suelos en algunas carreteras y estructuras pequeñas y existen las barrenas helicoidales eléctricas portátiles (30 a 75mm de diámetro), adecuada para perforaciones más profundas.

Las muestras de suelos obtenidas en tales perforaciones son sumamente alteradas.

Muestras obtenidas por taladros helicoidales y de tipo balde.

Generalmente los taladros helicoidales son empleados en suelos con material cohesivo y con un elevado contenido de humedad. Los suelos con estas características se adhieren a las paredes del taladro de donde son extraídos por el operario.

Los taladros con muestra tipo balde, son muy empleados en la actualidad, puesto que permite obtener grandes muestra en profundidades que alcanzan unos 60 metros.

1.3. Métodos de lavado : Para este método se emplean equipos de perforación normalizados que mediante agua a presión se va lavando el material del suelo a medida que se introduce la tubería de perforación. Por el color y textura de los materiales se puede determinar el tipo de suelo que estamos perforando, la variación en el color y textura también permite saber el espesor de la capa del suelo.

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

La operación consiste en inyectar agua en la perforación, una vez hincado el ademe, la cual forma una suspensión con el suelo en el fondo del pozo y sale al exterior a través del espacio comprendido entre el ademe y la tubería de inyección; una vez fuera es recogida en un recipiente en el cual se puede analizar el sedimento. El procedimiento debe ir complementado en todos los casos por un muestreo con una cuchara del trépano; mientras las características del suelo no cambien será suficiente obtener una muestra cada 1,50 m aproximadamente, pero al notar un cambio en el agua eyectada debe procederse de inmediato a un nuevo muestreo. Al detener las operaciones para un muestreo debe permitirse que el agua alcance en el pozo un nivel de equilibrio, que corresponde al nivel freático (que debe registrarse). Cualquier alteración de dicho nivel que sea observada en los diferentes muestreos debe reportarse especialmente.

1.4. Método de penetración estándar : Este procedimiento es, entre todos los exploratorios preliminares, quizá el que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona más útil información en torno al subsuelo y no sólo en lo referente a descripción. En suelos puramente friccionantes la prueba permite conocer la compacidad de los mantos que es la característica fundamental respecto a su comportamiento mecánico. En suelos plásticos la prueba permite adquirir una idea, si bien tosca, de la resistencia a la compresión simple. Además el método lleva implícito un muestreo, que proporciona muestras alteradas representativas del suelo en estudio.

El equipo necesario para aplicar el procedimiento consta de un muestreador especial de dimensiones establecidas. Es normal que el penetrómetro sea de media caña, para facilitar la extracción de la muestra. La utilidad e importancia mayor de la prueba de penetración estándar radica en las correlaciones realizadas en el campo y en el laboratorio en diversos suelos, sobre todo arenas, que permiten relacionar aproximadamente la compacidad, el ángulo de fricción interna en arenas y el valor de la resistencia a la compresión simple en arcillas, con el número de golpes necesarios en ese suelo para que el penetrómetro estándar logre entrar los 30 cm especificados.

1.5. Método de penetración cónica : Estos métodos consisten en hacer penetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. Existen diversos tipos de conos. Dependiendo del procedimiento para hincar los conos en el terreno, estos métodos se dividen en estáticos y dinámicos.

Penetrómetros. Se conocen dos tipos de Penetró metros que son: los dinámicos y los estáticos.

Penetrómetros dinámicos: Son barras que tienen, generalmente extremos de forma cónica de 45 a 60 grados. Estas barras son hincadas en el suelo por medio de golpes, el número de golpes, varía de acuerdo al tipo de suelo y a la profundidad en la que se encuentra el mismo. Este penetró metro es golpeado con una masa conocida y la penetración será leída para un determinado número de golpes.

Penetrómetros estático: Consiste en barras con los extremos cónicos que se introducen a presión en el subsuelo. Los más utilizados son los conos que se introduce de 20 a 40 cm / min. Aplicando una presión constante. La profundidad de penetración no es medida para cada incremento de carga.

1.6. Perforaciones en boleos y gravas : Con frecuencia es necesario atravesar durante las perforaciones estratos de boleos o gravas que presentan grandes dificultades para ser perforados con las herramientas hasta aquí descritas.

En estos casos se hace necesario el empleo de herramientas de mayor peso, del tipo de barretones con taladros de acero duro, que se suspenden y dejan caer sobre el estrato en cuestión, manejándolos con cables. En ocasiones se ha recurrido, inclusive, al uso localizado de explosivos para romper la resistencia de un obstáculo que aparezca en el sondeo.

2. Métodos de Sondeo definitivo

2.1. Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado : Este método de exploración puede considerarse el mejor de todos los métodos de exploración a disposición del ingeniero para obtener muestras inalteradas y datos adicionales que permitan un mejor proyecto y construcción de una obra.

2.2. Métodos con tubo de pared delgada : Desde luego de ningún modo y bajo ninguna circunstancia puede obtenerse una muestra de suelo que pueda ser rigurosamente considerada como inalterada. En efecto, siempre será necesario extraer al suelo de un lugar con alguna herramienta que inevitablemente alterará las, condiciones de esfuerzo en su vecindad; además, una vez la muestra dentro del muestreador no se ha encontrado hasta hoy y es dudoso que jamás llegue a encontrarse, un método que proporcione a la muestra, sobre todo en sus caras superior e inferior los mismos esfuerzos que tenía “in situ”.

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

Hincado el tubo a presión, a velocidad constante y para un cierto diámetro de tubo, el grado de alteración parece depender esencialmente de la llamada “relación de áreas”. Donde De es el diámetro exterior del tubo y Di el interior. La expresión anterior equivale a la relación entre el área de la corona sólida del tubo y el área exterior del mismo. Dicha relación no debe ser mayor de 10% en muestreadores de 5 cm (2 pulgadas) de diámetro interior, hoy de escaso uso por requerirse en general muestras de mayor diámetro y, aunque en muestreadores de mayor diámetro pueden admitirse valores algo mayores, no existen motivos prácticos que impidan satisfacer fácilmente el primer valor.

2.3. Métodos rotarios para rocas : Cuando un sondeo alcanza una capa de roca más o menos firme o cuando en el curso de la perforación las herramientas hasta aquí descritas tropiezan con un bloque grande de naturaleza rocosa, no es posible lograr penetración con los métodos estudiados y ha de recurrirse a un procedimiento diferente. En realidad, se mencionó que capas de boleo o grava pueden ser atravesadas con barretones o herramientas pesadas similares, manejadas a percusión. Pero estos métodos no suelen dar un resultado conveniente en roca más o menos sana y además tienen el inconveniente básico de no proporcionar muestras de los materiales explorados. Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en la perforación se hace indispensable recurrir al empleo de máquinas perforadoras a rotación, con broca de diamantes o del tipo cáliz.

3. Métodos geofísicos

Se tratan ahora métodos geofísicos de exploración de suelos, desarrollados principalmente con el propósito de determinar las variaciones en las características físicas de los diferentes estratos del subsuelo o los contornos de la roca basal que subyace a depósitos sedimentarios. Los métodos son rápidos y expeditos y permiten tratar grandes áreas, pero nunca proporcionan suficiente información para fundar criterios definitivos de proyecto, en lo que a la Mecánica de Suelos se refiere. En el caso de estudios para fines de cimentación no se puede considerar que los métodos geofísicos sean adecuados, pues no rinden una información de detalle comparable con la que puede adquirirse de un buen programa de exploración convencional.

3.1. Método sísmico : Este procedimiento se funda en la diferente velocidad de propagación de las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales. Las mediciones realizadas sobre diversos medios permiten establecer que esa velocidad de propagación varía entre 150 y 2,500 m/seg en suelos, correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy compactos y las menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores para las arcillas duras y menores para las suaves. En roca sana los valores fluctúan entre 2,000 y 8,000 m/seg. Como término de comparación se menciona el hecho de que en el agua la velocidad de propagación de este tipo de onda es del orden de 1,400 m/seg. Esencialmente el método consiste en provocar una explosión en un punto determinado del área a explorar usando una pequeña carga de explosivo, usualmente nitro amonio. Por la zona a explorar se sitúan registradores de ondas (geófonos), separados entre sí de 15 a 30 m. La función de los geófonos es captar la vibración, que se transmite amplificada a un oscilógrafo central que marca varias líneas, una para cada geófono.

3.2. Método de resistividad eléctrica : Este método se basa en el hecho de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menor resistividad eléctrica cuando una corriente es inducida a su través. Su principal aplicación está en el campo de la minería, pero en Mecánica de Suelos se ha aplicado para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo.

La resistividad eléctrica de una zona de suelo puede medirse colocando cuatro electrodos igualmente espaciados en la superficie y alineados; los dos exteriores, conectados en serie a una batería son los electrodos de corriente (medida por un miliamperímetro), en tanto que los interiores se denominan de potencial y están conectados a un potenciómetro que mide la diferencia de potencial de la corriente circulante. Los electrodos de corriente son simples varillas metálicas, con punta afilada, mientras que los de potencial son recipientes porosos llenos de una solución de sulfato de cobre, que al filtrarse al suelo, garantiza un buen contacto eléctrico. El método sirve, en primer lugar, para medir las resistividades a diferentes profundidades, en un mismo lugar y, en segundo, para medir la resistividad a una misma profundidad, a lo largo de un perfil.

3.3. Métodos magnéticos y gravimétricos : El trabajo de campo correspondiente a estos métodos de exploración es similar, distinguiéndose en el aparato usado.

En el método magnético se usa un magnetómetro, que mide la componente vertical del campo magnético terrestre en la zona considerada, en varias estaciones próximas entre sí. En los métodos gravimétricos se mide la aceleración del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Valores de dicha aceleración ligeramente más altos que el normal de la zona indicarán la presencia de masas duras de roca; lo contrario será índice de la presencia de masas ligeras o cavernas y oquedades.

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

Muestreo del sueloEn la investigación del subsuelo deberá obtenerse muestras de suelo y roca suficientemente grandes y de calidad tal que permitan determinar la clasificación geotécnica del suelo o de la roca, su mineralogía, y las propiedades geotécnicas pertinentes al diseño propuesto. El muestreo e identificación de materiales del subsuelo, implica técnicas complejas acompañadas de procedimientos e interpretaciones, las cuales están influenciadas por condiciones geológicas y geográficas, por el objeto de la investigación y por los conocimientos, experiencia y entrenamiento del ingeniero a cargo del proyecto. El número, tipo, y localización de las muestras debe definirse en función de los resultados del reconocimiento geológico y de las características del proyecto para el que se elabora el estudio. El muestreo siempre estará orientado a la generación de la información relevante para el proyecto y deberá estar supervisada por un geotecnista con la experiencia y el conocimiento de las características del proyecto que aseguren la calidad de la información generada en esta etapa de la investigación:

1. Debe tomarse muestras representativas de los materiales del subsuelo apropiadas para generar la información necesaria para el diseño y la construccióndel proyecto. El número, la distribución y el tipo de las  muestras requeridas depende del alcance del proyecto o estudio, y de los ensayos que se vayan a efectuar.

2. Cada muestra debe identificarse cuidadosamente con el número del respectivo sondeo y la anotación de la profundidad a la cual fue tomada,  y protegerla en una bolsa de lona o plástico fuerte, cerrada en forma segura y, preferiblemente, sellada. La identificación a prueba de agua debe colocarse por dentro y por fuera de la bolsa o recipiente. Si es del caso coloque las muestras en un recipiente rígido que garantice su conservación durante el transporte hasta el laboratorio y márquelo en su exterior con una identificación apropiada. Guarde las muestras para la determinación de la humedad natural en recipientes herméticos sellados para evitar pérdidas de la misma. Cuando el secado de muestras pueda afectar la clasificación y los resultados de los ensayos, use bolsas de plástico sellables, o cúbralas con alguna sustancia impermeable, para minimizar la pérdida de humedad.

3. El tamaño de las muestras depende del número y del tipo de ensayos que se requieran y del porcentaje de partículas gruesas en la muestra. El tamaño delas muestras alteradas, en bruto, puede variar a criterio del ingeniero a cargo del proyecto.

4. Debe tomarse muestras de suelo y agua para determinar la acidez, el pH y el contenido de compuestos metálicos del material, cuando pueda esperarse que tengan un efecto inaceptable en su medio ambiente. El tamaño de la muestra desuelo no deberá ser menor de 2.5 kg. Las muestras de agua deben tener un volumen mínimo de 1 l.

5. En los casos en que el proyecto haga necesario un análisis de estabilidad de taludes o laderas, puede ser necesario tomar muestras de agua para análisis físico químicos, bacteriológicos o isotópicos que orienten al ingeniero sobre el origen inmediato del agua subterránea.

4. ANEXOSExploración y muestreo del suelo

5. CONCLUSIONES

Para el muestreo de un suelo lo primero a tener en cuenta es si la muestra de suelo que se va a tomar será alterada o inalterada, y eso depende en gran manera del equipo con que se va a tomar, podrá sacarse una muestra inalterada con un equipo adecuado, cuando se necesitan propiedades específicas de un suelo y una marcada estratificación de las capas de éste, deberá procederse con equipo de alta calidad que permita la facilidad de los análisis, la conclusión es que la técnica de muestreo depende de lo que se requiere, y que el equipo garantiza mejores resultados.

6. BIBLIOGRAFÍA

Juárez Padillo. Mecánica de suelos tomo I. Páginas: 613-632

http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/exploracM2.htm

http://es.scribd.com/doc/32089839/Exploracion-y-Muestreo-de-Suelos

http://civionica.net/images/NotasCimentaciones053.pdf

http://expsuelos.blogspot.com/

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/prado_m_jj/capitulo2.pdf

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/3273/Capitulo1.pdf

http://analizandoelsuelo.blogspot.com/2007/12/afiche-y-estratificacion-del-suelo.html