Mtodos de Exploracin del Subsuelo.Exploracin del subsuelo es el proceso de identificar los estratos de depsito que subyacen a una estructura propuesta y sus caractersticas fsicas y el propsito es obtener informacin para: Seleccionar el tipo y profundidad de una cimentacin adecuada para una estructura dada. Evaluar la capacidad de carga de una cimentacin. Estimar el asentamiento probable de una estructura. Determinar problemas potenciales de la cimentacin (por ejemplo suelo expansivo, suelo colapsable, relleno sanitario etc...) Determinar la posicin del nivel del agua. Predecir la presin lateral de tierra en estructura tales como muero de contencin, tablaestacas y cortes apuntalados. Establecer mtodos de construccin para condiciones cambiantes del subsuelo. La exploracionesdel subsuelo es necesaria tambin para construcciones y excavaciones en el subsuelo y puede ser requerida cuando se contemplan adiciones o alteraciones de estructuras existentes.Programa de Exploracin del Subsuelo.La exploracin del subsuelo comprende varios pasos, incluidas la recoleccin de informacin preliminar, el reconocimiento y la investigacin del sitio.1. Recoleccin de la informacin preliminar: Debe obtenerse informacin relativa al tipo de estructura por construirse y acerca de uso general. Para la construccin de edificios, se deben conocer las cargas aproximadas en columnas y espaciamiento, el cdigo de construccin local y requisitos de los stanos. La construccin de puentes requiere la determinacin de la longitud del claro y las cargas sobre estribos y pilas.2. Reconocimiento: El ingeniero debe siempre efectuar una inspeccin visual de sitio para obtener informacin de las siguientes caractersticas:3. La topografa general del sitio y la posible existencias de zanjas de drenaje, tiraderos abandonados o basura, u otros materiales. Tambin, la evidencia de escurrimiento plstico en taludes y gritas profundas y anchas de contraccin a intervalos espaciados regularmente es indicativos de suelos expansivos.4. La estratificacin de suelos en cortes profundos como los hechos para la construccin de carreteras y vas frreas cercanas 5. El tipo de vegetacin en el sitio que indica la naturaleza del suelo.6. Marcas altas de agua en edificios y estribos de puentes cercanos.7. Niveles del agua fretica, que se determinan por revisin de pozos cercanos.8. Tipos de construccin cercana y existencia de grietas en muros u otros problemas 9. La naturaleza de la estratificacin de propiedades fsicas del suelo cercano tambin se obtienen de reportes disponibles de exploracin del subsuelo para estructuras existentes cercanas.Investigacin del sitio La fase de investigacin del sitio del programa de exploracin consiste en :PlanearHacer barrenos de prueba Recolectar muestras de suelo a intervalos deseados para observaciones y pruebas de laboratorio subsecuentes.La profundidad mnima aproximada requerida de los barrenos debe predeterminarse; sin embargo, la profundidad puede cambiarse durante la operacin de perforado, dependiendo del subsuelo encontrado para determinar la profundidad minima de barrenado para cimentaciones, los ingenieros usan las reglas establecidas: Determine el incremento neto de esfuerzoEstime la variacin del esfuerzo vertical efectivoDetermine la profundidad Al menos que se encuentre un lecho rocoso, se tomara la menor de las dos profundidades.Mtodos de exploracin del subsueloLos tipos principales de sondeos que se usan en Mecnica de Suelos para fines de muestreo y conocimiento del subsuelo, en general son los siguientes: Mtodos de exploracin de carcter preliminar Mtodos de Sondeo definitivo Mtodos geofsicos Mtodos de exploracin de carcter preliminar Pozos de cielo abierto con muestreo alterado o inalterado Perforaciones con posteadora, mtodos, barrenos helicoidales o mtodos similares. Metodos de lavado Mtodos de penetracin estndar Metodos de penetracin conica Perforaciones y boleos en gravasPozos a cielo abierto o calicatas: Cuando este mtodo sea practicable debe considerrsele como el ms satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo, ya que consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para que un tcnico pueda directamente bajar y examinar los diferentes estratos de suelo en su estado natural, as como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua contenida en el suelo. Desgraciadamente este tipo de excavacin no puede llevarse a grandes profundidades a causa, sobre todo, de la dificultad de controlar el flujo de agua bajo el nivel fretico; naturalmente que el tipo de suelo de los diferentes estratos atravesados tambin influye grandemente en los alcances del mtodo en s.Deben cuidarse especialmente los criterios para distinguir la naturaleza del suelo "in situ" y la misma, modificada por la excavacin 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 excavacin; anlogamente, 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 excavacin, hecho por un tcnico conocedor.Perforacin con barreno::Es el mtodo ms simple para efectuar sondeos de exploracin. Existen dos tipos de barrenas manuales:Agujeros para postes:* Helicoidal.Las barrenas manuales no se usan para excavaciones a mas de 3 a 5 metros; sin embargo, se usan para trabajos de exploracin de suelos en algunas carreteras y estructuras pequeas y existen las barrenas helicoidales elctricas porttiles (30 a 75mm de dimetro), adecuada para perforaciones mas 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 caractersticas se adhieren a las paredes del taladro de donde son extrados 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.Muestras lavadas:Para este mtodo se emplean equipos de perforacin normalizados que mediante agua a presin se va lavando el material del suelo a medida que se introduce la tubera de perforacin. Por el color y textura de los materiales se puede determinar el tipo de suelo que estamos perforando, la variacin en el color y textura tambin permite saber el espesor de la capa del suelo.El equipo necesario para realizar la perforacin incluye un trpode con polea y martinete suspendido, de 80 a 150 Kg de peso, cuya funcin es hincar en el suelo a golpes el ademe necesario para la operacin. Este ademe debe ser de mayor dimetro que la tubera que vaya a usarse para la inyeccin del agua. En el extremo inferior de la tubera de inyeccin debe ir un trpano de acero, perforado, para permitir el paso del agua a presin. El agua se impulsa dentro de la tubera por medio de una bomba.La operacin consiste en inyectar agua en la perforacin, una vez hincado el ademe, la cual forma una suspensin con el suelo en el fondo del pozo y sale al exterior a travs del espacio comprendido entre el ademe y la tubera de inyeccin; 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 trpano; mientras las caractersticas del suelo no cambien ser 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 fretico (que debe registrarse). Cualquier alteracin de dicho nivel que sea observada en los diferentes muestreos debe reportarse especialmente Mtodo de penetracin estndar:Este procedimiento es, entre todos los exploratorios preliminares, quiz el que rinde mejores resultados en la prctica y proporciona ms til informacin en torno al subsuelo y no slo en lo referente a descripcin. En suelos puramente friccionantes la prueba permite conocer la compacidad de los mantos que es la caracterstica fundamental respecto a su comportamiento mecnico. En suelos plsticos la prueba permite adquirir una idea, si bien tosca, de la resistencia a la compresin simple. Adems el mtodo lleva implcito 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 (Fig. 5.7). Es normal que el penetrmetro sea de media caa, para facilitar la extraccin de la muestra.La utilidad e importancia mayor de la prueba de penetracin estndar 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 ngulo de friccin interna en arenas y el valor de la resistencia a la compresin simple en arcillas, con el nmero de golpes necesarios en ese suelo para que el penetrmetro estndar logre entrar los 30 cm especificados.Mtodo de penetracin cnica: Estos mtodos consisten en hacer penetrar una punta cnica 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 mtodos se dividen en estticos y dinmicos.Penetrmetros. Se conocen dos tipos de Penetr metros que son: los dinmicos y los estticos.Penetrmetros dinmicos: Son barras que tienen, generalmente extremos de forma cnica de 45 a 60 grados. Estas barras son hincadas en el suelo por medio de golpes, el nmero de golpes, varia de acuerdo al tipo de suelo y a la profundidad en la que se encuentra el mismo. Este penetr metro es golpeado con una masa conocida y la penetracin ser leda para un determinado nmero de golpes.Penetrmetros esttico:. Consiste en barras con los extremos cnicos que se introducen a presin en el subsuelo. Los ms utilizados son los conos que se introduce de 20 a 40 cm / min. Aplicando una presin constante. La profundidad de penetracin no es medida para cada incremento de carga.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 aqu 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 cuestin, manejndolos con cables. En ocasiones se ha recurrido, inclusive, al uso localizado de explosivos para romper la resistencia de un obstculo que aparezca en el sondeo.Mtodos de Sondeo definitivo* Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado* Mtodos con tubo de pared delgada Mtodos rotarios para rocasSe incluyen aqu los mtodos de muestreo que tienen por objeto rendir muestras inalteradas en suelos, apropiadas para pruebas de compresibilidad y resistencia y muestras de roca, que no pueden obtenerse por los mtodos mencionados hasta este momento. En ocasiones, cuando estas muestras no se requieran, los procedimientos estudiados en la seccin anterior, especialmente los que rinden muestras representativas, pueden llegar a considerarse como definitivos, en el sentido de no ser necesaria exploracin posterior para recabar las caractersticas del suelo; sin embargo, cuando la clasificacin del suelo permita pensar en la posibilidad de la existencia de problemas referentes a asentamientos o a falta de la adecuada resistencia al esfuerzo cortante en los suelos, se har necesario recurrir a los mtodos que ahora se exponen.Pozos a cielo abierto con muestreo inalteradoEste mtodo de exploracin puede considerarse el mejor de todos los mtodos de exploracin a disposicin del ingeniero para obtener muestras inalteradas y datos adicionales que permitan un mejor proyecto y construccin de una obra.Muestreo con tubos de pared delgada Desde luego de ningn modo y bajo ninguna circunstancia puede obtenerse una muestra de suelo que pueda ser rigurosamente considerada como inalterada. En efecto, siempre ser necesario extraer al suelo de un lugar con alguna herramienta que inevitablemente alterar las, condiciones de esfuerzo en su vecindad; adems, una vez la muestra dentro del muestreador no se ha encontrado hasta hoy y es dudoso que jams llegue a encontrarse, un mtodo que proporcione a la muestra, sobre todo en sus caras superior e inferior los mismos esfuerzos que tena in situ.Se debe a M. J. Hvorsiev5 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 prcticamente nica. Muestreadores de tal tipo existen en muchos modelos y es frecuente que cada institucin especializada desarrolle el suyo propio. El grado de perturbacin que produce el muestreador depende principalmente, segn el propio Hvorsiev puso de manifiesto, del procedimiento usado para su hincado; las experiencias han comprobado que si se desea un grado de alteracin mnimo aceptable, ese hincado debe efectuarse ejerciendo presin continuada y nunca a golpes ni con algn otro mtodo dinmico. Hincado el tubo a presin, a velocidad constante y para un cierto dimetro de tubo, el grado de alteracin parece depender esencialmente de la llamada relacin de reas.Donde De es el dimetro exterior del tubo y Di el interior. La expresin anterior equivale a la relacin entre el rea de la corona slida del tubo y el rea exterior del mismo. Dicha relacin no debe ser mayor de 10% en muestreadores de 5 cm (2 pulgadas) de dimetro interior, hoy de escaso uso por requerirse en general muestras de mayor dimetro y, aunque en muestreadores de mayor dimetro pueden admitirse valores algo mayores, no existen motivos prcticos que impidan satisfacer fcilmente el primer valor.Mtodos rotatorios para roca Cuando un sondeo alcanza una capa de roca ms o menos firme o cuando en el curso de la perforacin las herramientas hasta aqu descritas tropiezan con un bloque grande de naturaleza rocosa, no es posible lograr penetracin con los mtodos estudiados y ha de recurrirse a un procedimiento diferente.En realidad, se mencion que capas de boleo o grava pueden ser atravesadas con barretones o herramientas pesadas similares, manejadas a percusin. Pero estos mtodos no suelen dar un resultado conveniente en roca ms o menos sana y adems tienen el inconveniente bsico de no proporcionar muestras de los materiales explorados. Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en la perforacin se hace indispensable recurrir al empleo de mquinas perforadoras a rotacin, con broca de diamantes o del tipo cliz. Mtodos geofsicos:Se tratan ahora mtodos geofsicos de exploracin de suelos, desarrollados principalmente con el propsito de determinar las variaciones en las caractersticas fsicas de los diferentes estratos del subsuelo o los contornos de la roca basal que subyace a depsitos sedimentarios. Los mtodos son rpidos y expeditos y permiten tratar grandes reas, pero nunca proporcionan suficiente informacin para fundar criterios definitivos de proyecto, en lo que a la Mecnica de Suelos se refiere. En el caso de estudios para fines de cimentacin no se puede considerar que los mtodos geofsicos sean adecuados, pues no rinden una informacin de detalle comparable con la que puede adquirirse de un buen programa de exploracin convencional.* Ssmico* De resistencia elctrica* Magntico y GravitatorioMtodo ssmicoEste procedimiento se funda en la diferente velocidad de propagacin de las ondas vibratorias de tipo ssmico a travs de diferentes medios materiales. Las mediciones realizadas sobre diversos medios permiten establecer que esa velocidad de propagacin vara 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 fluctan entre 2,000 y 8,000 m/seg. Como trmino de comparacin se menciona el hecho de que en el agua la velocidad de propagacin de este tipo de onda es del orden de 1,400 m/seg. Esencialmente el mtodo consiste en provocar una explosin en un punto determinado del rea a explorar usando una pequea carga de explosivo, usualmente nitroamonio. Por la zona a explorar se sitan registradores de ondas (gefonos), separados entre s de 15 a 30 m. La funcin de los gefonos es captar la vibracin, que se transmite amplificada a un oscilgrafo central que marca varias lneas, una para cada gefono. Mtodo de resistividad elctricaEste mtodo se basa en el hecho de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menor resistividad elctrica cuando una corriente es inducida a su travs. Su principal aplicacin est en el campo de la minera, pero en Mecnica de Suelos se ha aplicado para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo.La resistividad elctrica 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 batera son los electrodos de corriente (medida por un miliampermetro), en tanto que los interiores se denominan de potencial y estn conectados a un potencimetro que mide la diferencia de potencial de la corriente circulante.Los electrodos de corriente son simples varillas metlicas, con punta afilada, mientras que los de potencial son recipientes porosos llenos de una solucin de sulfato de cobre, que al filtrarse al suelo, garantiza un buen contacto elctrico.El mtodo 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.Mtodos magnticos y gravimtricos.El trabajo de campo correspondiente a estos mtodos de exploracin es similar, distinguindose en el aparato usado. En el mtodo magntico se usa un magnetmetro, que mide la componente vertical del campo magntico terrestre en la zona considerada, en varias estaciones prximas entre s. En los mtodos gravimtricos se mide la aceleracin del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Valores de dicha aceleracin ligeramente ms altos que el normal de la zona indicarn la presencia de masas duras de roca; lo contrario ser ndice de la presencia de masas ligeras o cavernas y oquedades.En general estos mtodos casi no han sido usados con fines ingenieriles, dentro del campo de la Mecnica de Suelos, debido a lo errtico de su informacin y a la difcil interpretacin de sus resultados.

Descripcin general de algunos mtodos de exploracin.

Mtodo de exploracinDescripcin

MtodosdirectosPozos a cielo abierto.Es el mtodo ms satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo. Consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para poder introducirse en l, examinar los diferentes estratos del suelo en su estado natural y extraer muestras alteradas e inalteradas. Su aplicacin eficiente resulta sobre suelos cohesivos.

Pala posteadora.Es un mtodo manual de exploracin somera que consiste en hincar un barreno y obtener muestras del tipo alterado, pero representativas en cuanto al contenido de agua. Se utiliza en lugares donde otros equipos mecnicos no pueden ser usados.

Tubo Shelby.Consiste en un tubo afilado de 7.5 a 10 cm de dimetro que se hincan a presin para obtener muestras relativamente inalteradas de suelos finos blandos o semiduros.

Sondeo de penetracin estndar.Con esta tcnica se rescatan muestras alteradas de los suelos y se mide la resistencia al corte con el nmero de golpes con el que se hinca el penetrmetro una distancia de 30 cm. El equipo consta de un penetrmetro el cual se hinca a golpes mediante un martinete de 63.5 kg que cae desde 76 cm de alto.

Muestreador Denison.Consiste en dos tubos concntricos que se hinca en el suelo para obtener muestras alteradas o inalteradas con ayuda de la inyeccin de fluido de perforacin que se hace circular entre ambos tubos.

MtodosindirectosMtodo ssmico.Consiste en provocar una explosin en un punto determinado del rea a explorar usando una pequea carga de explosivo, usualmente nitro amonio. Por la zona a explorar se sitan gefonos cada 15 30 cm. Este procedimiento se funda en la velocidad de propagacin de las ondas vibratorias de tipo ssmico a travs de diferentes medios materiales.

Mtodo de resistividad elctrica.Consiste en inducir una corriente elctrica a travs de los suelos, de tal forma que se presente una mayor o menor resistividad elctrica para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo. Mayores resistividades corresponden a rocas duras, siguiendo con rocas suaves y as sucesivamente hasta valores menores correspondientes a suelos suaves saturados.

Mtodos magnticos y gravimtricos.Para el primero se utiliza un magnetmetro, que mide la componente vertical del campo magntico terrestre en la zona considerada en varias estaciones prximas entre s. En los mtodos gravimtricos se mide a aceleracin del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. La informacin que proveen estos mtodos es algo errtica y difcil de interpretar.