1. Exploración y Muestreo de Suelos_2012

Universidad Autónoma de Querétaro Facultad de Ingeniería

1 Laboratorio de Geotecnia I

Práctica 1: Exploración y muestreo de suelos Objetivo: El alumno conocerá los métodos de exploración directa del suelo por medio de pozos a cielo abierto (PCA) así como la obtención de muestras alteradas e inalteradas de éste, y así poder describir la estratigrafía y propiedades del suelo. Generalidades: Por lo general no se asigna a esta primera operación la importancia que merece. El estudio del sitio donde se proyecta construir, un puente, un pavimento, una edificación, etc. y particularmente la operación de obtener muestras, se deja muchas veces en manos de personal poco experimentado. Tanto el estudio del sitio donde se proyecta levantar una estructura, como la obtención de muestras, son de gran importancia y deberán hacerse bajo la dirección y constante supervisión de un ingeniero especialista. El estudio del suelo no debe limitarse al lugar donde estará situada la estructura, sino que debe comprender toda la zona circunvecina. El estudio del sitio debe comprender los principales accidentes naturales del terreno, estos datos son muy valiosos para poder proyectar sistemas de drenaje, prevenir y evitar deslizamientos que pudieran presentarse posteriormente, etc. La importancia de la exploración y el muestreo radica en que si se realiza apropiadamente podremos obtener muestras representativas mediante las cuales conozcamos las propiedades físicas del suelo en estudio y estaremos en la posibilidad de clasificarlo y ubicar la naturaleza del problema con más factibilidad de ocurrir. Con todo lo anteriormente dicho se podrán escoger aquellas pruebas de laboratorio que sean más apropiadas para el problema específico. Este proceso requerirá de obtener en un principio muestras preliminares, las cuales darán dirección a nuestro estudio y nos permitirán decidir si el muestreo realizado es el correcto o si tenemos que efectuar nuevos muestreos más apropiados de acuerdo a la naturaleza del problema, posteriormente podremos ejecutar las pruebas de laboratorio necesarias para llevar a cabo un buen diseño. El método que se presenta en esta práctica para determinar el contenido de agua en suelos no debe ser utilizado en materiales contaminados con ciertos químicos a menos que se tomen medidas de seguridad adecuadas (ASTM D 2216, 2010). Para el caso de carreteras, esta prueba permite determinar el contenido de agua en los materiales para terracerías, con el fin de obtener una idea cualitativa de su consistencia o de su probable comportamiento (Normativa SCT (M-MMP-1-04/03), 2003) Perfil Estratigráfico del Subsuelo.- Una vez conocidos los perfiles topográficos de la zona establecida, es conveniente conocer el “Perfil del



Subsuelo”, es decir, conocer las clases de materiales que conforman el subsuelo a diferentes profundidades. Un perfil del suelo nos proporciona información valiosa acerca de las clases de material o materiales existentes, así como las propiedades físicas, situación de los mapas de agua, etc. (figura 1.1)

El concepto de perfil estratigráfico aplica exclusivamente para los suelos transportados.

Prof.

(m)

ESTRA-

TIGRA-

FIA

CONTENIDO DE AGUA %

NATURAL

EN EL LIMITE LIQUIDO, LL

EN EL LIMITE PLASTICO, LP

RESISTENCIA A LA

PENETRACION

ESTANDAR (SPT) OBSERVACIONES

10 20 30 40 50 60 70 80 90 5 20 30 40 50

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

CH

SM

1.40

1.60

1.80

No se

determinó

De 0.0 a 0.8m, Relleno de materiales

antropogénicos

De 0.8 a 1.25m, arcilla expansiva de alta

compresibilidad (CH) de color negro con bajos

contenidos de agua, grado de saturacion bajo,

con boleos, alta relacion de vacios y una

densidad baja.

De 1.25 a 1.65m, arena limosa (SM) de color

blanco con una consistencia media (Toba)

De 1.65 en adelante, Roca de origen volcanico

de consistencia muy firme (Toba)

Profundidad maxima de exploracion

Figura 1.1. Perfil Estratigrafico del Subsuelo

Obra:

Localizacion:

Fecha:

Clave:

CASA HABITACIONAL

CALLE LA MESA, JURIQUILLA, QRO.

MAR-09

---------------------------------------

PERFIL ESTRATIGRAFICO POZO-1

Para el caso de los suelos residuales los cuales son el producto del ataque en las rocas de los agentes del intemperismo, el cual queda directamente sobre la roca de la cual se origina.

El perfil de meteorización es la secuencia de materiales con diferentes propiedades, formados en el lugar donde se les encuentra, sobreyaciendo a la roca no intemperizada (figura 1.2). El suelo residual se forma por ataque mecánico y por descomposición química, presentando grandes cambios en sus características de un punto a otro, lo cual suele estar relacionado con las



variaciones de la propia roca, clima, condiciones de erosión y régimen de aguas y por ello no pueden definirse completamente los espesores de los estratos.

Las estructuras heredadas vienen a ser las discontinuidades que son herencia de las existentes en la roca madre. Estas discontinuidades pueden ser diaclasas, exfoliaciones, juntas, grietas, fallas, así como defectos estructurales. Por todo esto es muy difícil considerar que los estudios en un laboratorio, sobre una muestra, puedan dar a lugar a resultados confiables y representativos del suelo en conjunto, sobre todo en cuanto a propiedades mecánicas e hidráulicas.

FIGURA 1.2 Diagrama esquemático de un perfil de meteorización

La granulometría de los suelos residuales es muy variable, desde grandes

fragmentos hasta grava, arena, limo, arcilla y coloides. La materia orgánica puede estar presente. Los espesores de los suelos residuales pueden dimensiones desde unos cuantos centímetros hasta varios metros, dependiendo del clima y la fisiografía ambiental de la región.

Por regla general, deben obtenerse muestras del material tanto en sitios que quedan sobre la subrasante como debajo de ella. Las muestras que se obtengan en los sitios que quedan encima de la subrasante, nos permitirá conocer las clases de material que se usaran en terraplenes y rellenos en general. En cambio la muestras que obtengamos en aquellos sitios que quedan por debajo de la subrasante, nos permitirá conocer las condiciones de estabilidad que presenta el terreno.



Métodos de exploración de suelos.- Dentro de los métodos de exploración de suelos existen dos clasificaciones: métodos directos y métodos indirectos. En la Tabla 1.1 se muestra una clasificación general de los métodos de exploración más usuales y una breve descripción (Juárez B. E. y Rico R. A, 2008).

Tabla 1.1 Descripción general de algunos métodos de exploración.

Método de exploración

Descripción

Méto

do

s d

irecto

s

Pozos a cielo abierto.

Es el método más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo. Consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para poder introducirse en él, examinar los diferentes estratos del suelo en su estado natural y extraer muestras alteradas e inalteradas. Su aplicación eficiente resulta sobre suelos cohesivos.

Pala posteadora.

Es un método manual de exploración 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 mecánicos no pueden ser usados.

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

Sondeo de penetración estándar.

Con esta técnica se rescatan muestras alteradas de los suelos y se mide la resistencia al corte con el número de golpes con el que se hinca el penetrómetro una distancia de 30 cm. El equipo consta de un penetrómetro 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 concéntricos que se hinca en el suelo para obtener muestras alteradas o inalteradas con ayuda de la inyección de fluido de perforación que se hace circular entre ambos tubos.

Méto

do

s in

dir

ecto

s

Método sísmico.

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 geófonos cada 15 ó 30 cm. Este procedimiento se funda en la velocidad de propagación de las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales.

Método de resistividad eléctrica.

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

Métodos magnéticos y gravimétricos.

Para el primero se utiliza 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 a aceleración del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. La información que proveen estos métodos es algo errática y difícil de interpretar.

A continuación se profundiza más en la explicación del método con el tubo

Shelby, barril Denison y el sondeo de penetración estándar debido a que son muy comunes en la práctica y no serán utilizados como método de exploración para las pruebas en campo de este manual. Los métodos manuales como el pozo a cielo abierto y pala posteadora se explicarán con más detalle más adelante dentro del procedimiento de prueba de esta práctica.



Barril muestreador Denison

La obtención de muestras inalteradas de suelos duros, cementados, plantea algunos problemas especiales, ya que se trata de cenizas volcánicas cuya textura va desde los limos hasta las arenas limosas, con grados de cementación variable, desde resistencia a la compresión simple nula hasta valores mayores de 20Kg/cm2. Sin embargo, esta consistencia no es suficiente para soportar los esfuerzos de torsión inducidos por los barriles muestreadores de doble tubo giratorio que se emplean comúnmente para el muestreo de rocas de mayor resistencia. Esta limitación ha llevado al diseño de barriles muestreadores especiales, uno de los cuales es el conocido como barril Denison. Este es, en rigor, un barril doble giratorio de gran tamaño, para obtener muestras de 10 a 12 cm de diámetro

El barril Denison está constituido por dos tubos concéntricos como se

muestra en la figura 1.3. El tubo interior está unido a la cabeza del muestreador a través de un cojinete de bolas (balero) ubicado en la parte superior del tubo, con lo cual se logra que ambos tubos puedan girar independientemente uno del otro. En su extremo inferior el tubo interior está provisto de una zapata afilada, y el exterior de una broca dentada con insertos de carburo de tungsteno, que al girar corta el material; la zapata del tubo interior generalmente sobresale de la broca.

El barril se hace avanzar aplicando una carga vertical que hinca a la zapata

haciendo que la muestra penetre en el tubo interior, el cual permanece fijo, mientras el exterior gira cortando el material que ha quedado fuera del tubo interior. Cuando el barril opera sobre el nivel freático, las cortaduras son conducidas hasta la superficie mediante aire comprimido, que se hace circular a través de las barras de perforación y entre ambos tubos concéntricos, conservando así la humedad natural de la muestra de suelo. Bajo el nivel freático, el aire comprimido se substituye por agua p lodo bentonítico. El tubo interior está provisto de una camisa metálica delgada, cuyo diámetro puede ser de 10 o 20 cm, en la cual se aloja la muestra, y en ocasiones, lleva una trampa de canasta arriba de la zapata para asegurar que la muestra no se salga al extraer el tubo de perforación.

Como el muestreador Denison pueden obtenerse especímenes razonablemente inalterados de material con un amplio rango de consistencia, variando desde los suelos duros, cuya resistencia en compresión simple sea mayor de 5 Kg/cm2, hasta las roas blandas con menos de 50 Kg/cm2, para lo cual se utilizan distintas terminales en el extremo inferior. Para los suelos duros, se emplea unza zapata que sobresale de 1 a 2 cm, mientras que, para las rocas blandas se utiliza otra que sobresale escasamente de la broca 1 a 2 mm. Para muestrear suelos duros y rocas blandas o alteradas, la broca está provista de perforaciones en su base que permiten la salida del fluido de perforación sin tocar la muestra, recudiéndose así la erosión sobre el espécimen y aumentando la recuperación.



Pueden obtenerse también muestras de mayor consistencia, para lo cual la

broca con dientes de carburo de tungsteno se substituye por otra provista de diamante industrial; entonces, el tubo interior no sobresale de la broca, y la trampa de canasta se substituye por un resorte en forma de cuña que permite atrapar el cilindro de roca al extraer el barril muestreador de la perforación.

Debe tenerse en cuenta que en las tobas blandas y en los depósitos de suelos cuya resistencia en compresión es menor de 5 Kg/cm2, los esfuerzos torsionantes y la erosión propios de este tipo de muestreadores causa gran alteración, y hasta destrucción total, de las muestras de suelo. (González R. J. C. y López E. P.O., 2006).

8.00

15.00

75.00

8.52

7.22

d

Trampa de canastilla

Ajuste, d, entre broca y tubo interior

Tipos de Brocas Denison

Tipo de Suelo

Blando

Duro

Muy duro

d, cm

2

0.5

0 ó el menor

(a) (b)

Cuerda NW

Cabeza

embolerada

Cuerda NW

Tuerca de ajuste

Contratuerca

de ajuste

Válvula

Tubo Interior

Zapata

Broca

Acot en cm

Figura 1.3 Muestreador Denison, de doble barril para obtener muestras de sueños duros.

Tubos de pared delgada (Shelby)

El tubo de pared delgada o Shelby es un tubo liso afilado, usualmente de 7.5 cm a 10 cm de diámetro, que se hinca a presión para obtener muestras relativamente inalteradas de suelos finos blandos a semiduros, localizados arriba o abajo del nivel freático (Comisión Federal de Electricidad, 1983).



El efecto de la corrosión en este tubo puede dañar o destruir tanto el tubo de pared delgada, como la muestra. La severidad del daño está en función del tiempo y de la interacción entre la muestra y el tubo. Se recomienda que los tubos de pared delgada lleven algún tipo de revestimiento o capa protectora. Cuando el tubo vaya a contener la muestra por más de 72 horas éste debe llevar capa protectora y el tipo de capa debe ser especificada por el ingeniero o geólogo. Esta capa depende del material a muestrear. Estos recubrimientos pueden incluir una capa ligera de aceite lubricante, laca, atóxico teflón y otros.

Para iniciar la exploración se debe colocar el tubo muestreador de manera que la parte inferior se apoye en el fondo del barreno. Avanzar el muestreador sin rotación con un movimiento continuo y relativamente constante. Determinar la longitud de avance por la resistencia y condiciones de la formación, dicha longitud no debe exceder de 5 diámetros a 10 diámetros del tubo en arenas y de 10 a 15 diámetros en arcilla.

Cuando la formación sea demasiado dura para insertar a presión el tubo de pared delgada (Shelby) se puede utilizar el mismo tubo pero dentado, cuyo principio de inserción incluye presión y rotación, o en caso necesario el barril Denison que opera también a presión y rotación pero que implica una mayor alteración en la muestra.

En ningún caso debe ser mayor la longitud de avance que la longitud del tubo muestreador menos una distancia para la cabeza del muestreador y un mínimo de 7.62 cm para cortes. El sondeo debe avanzar en incrementos para permitir el muestreo intermitente o continuo. Los intervalos de prueba y su ubicación son estipuladas normalmente por el ingeniero de proyecto. Típicamente, los intervalos seleccionados son 1.5 m en estratos homogéneos con ubicación de la prueba y el muestreo en cada cambio de estrato. Se debe retirar el muestreador con precaución a fin de minimizar las alteraciones de la muestra. Después de remover del tubo la cabeza, se debe limpiar el azolve hasta encontrar el material sano y se debe medir la recuperación de la muestra dentro del mismo, sellar el extremo superior, remover por lo menos 10 cm del material del extremo inferior del tubo y sellarlo, el material removido de ambas partes sirve para la descripción e identificación manual-visual del suelo, para anotarlo en el registro correspondiente, con la longitud de la muestra recuperada. Preparar y colocar las etiquetas y marcas necesarias para identificar las muestras. Todo lo anterior puede ser consultado en la norma NMX-C-431-ONNCCE-2002, 2002. Sondeo de penetración estándar.- Hablando de este método podemos decir que se encuentra en las normas ASTM desde 1958 y se estima que del 85 al 90 % de los diseños convencionales de cimentaciones en el norte y sur de América se realiza mediante el apoyo de este método (Bowles, J. E., 1996).



El método consiste en conducir el barril muestreador estándar una distancia de 45 cm dentro del suelo en el fondo de una excavación. Se debe contar el número de golpes que se requiere para hincar el muestreador los últimos 30 cm para obtener el dato N usando una masa o martillo de 63.5 Kg dejándola caer desde una altura de 76 cm (figura 1.4). (Bowles, J. E., 1996).

Figura 1.4 Caída del martillo de 63.5 Kg a una altura de 76cm

El ensamblaje del equipo se realiza sobre el suelo del agujero o excavación realizada después de haber limpiado dicha área de los residuos del producto de la excavación (figura 1.5). Después el muestreador es dirigido una distancia de 15 cm para ubicarlo en una zona donde el suelo no esté demasiado alterado.

Figura 1.5 Ensamblaje del equipo de Penetración Estándar (SPT).



Una vez a esta profundidad se empiezan a contar los golpes que se le dan al penetrómetro en cada incremento de 15 cm a menos que el martillo atasque al penetrómetro y no puedan ser contados los golpes propinados. En estos dos siguientes incrementos de 15 cm se debe continuar el conteo de los golpes necesarios para la penetración a menos que suceda lo siguiente: que se cuenten 50 golpes durante uno de los incrementos de 15 cm, que se apliquen un total de 100 golpes en dos incrementos de 15 cm, que no se observe avance del muestreador durante la aplicación de 10 golpes sucesivos o que el muestreador avance 45 cm sin que el límite de la cuenta de los golpes ocurriera como se describió anteriormente. (Bowles, J. E., 1996). Para extraer la muestra se debe traer el muestreador a la superficie y abrirlo. Registrar el porcentaje de recuperación o longitud de la muestra recuperada (figura 1.6). Describir las muestras de suelo recuperadas indicando composición, color, estratificación y condición. Posteriormente coloque una o más porciones representativas de la muestra en contenedores sellados para prevenir la pérdida de humedad sin alterar cualquier estratificación aparente. Coloque etiquetas a los contenedores con el nombre del proyecto, número de sondeo, profundidad de la muestra y el número de golpes por cada incremento de 15 cm. Proteja las muestras contra los cambios extremos de temperatura. Si existe cambio en el suelo de la muestra, separe el material de cada estrato en diferentes contenedores y reporte su localización de acuerdo con el barril del muestreador.

Figura 1.6 Porcentaje de Recuperación o longitud de la muestra recuperada



Obtención manual de muestras inalteradas y alteradas

EQUIPO:

Palas Picos Barras o barretas Cuchillo Flexómetro Bolsas de plástico Brea Parafina Tanque de gas Brocha de fibra Parrilla Plástico adherible PARA OBTENCIÓN DE HUMEDAD DEL MATERIAL EXTRAIDO Horno con temperatura de 100 ºC ± 5 ºC Taras Bascula de precisión (Ver Tabla 1.2 para más referencias de la báscula a utilizar)

Tabla 1.2. Requerimientos para básculas de propósito general (ASTM D 4753-07)

Clase Espécimen de prueba

(g) Tolerancia básica

de error

Capacidad de lectura

Tipo I (g)

GP1 ≥20 ±0.1% 0.01

<20 ±0.02 g 0.01

GP2 ≥200 ±0.1% 0.1

<200 ±0.2 g 0.1

GP5 ≥2 000 ±0.1% 1

<2 000 ±2 g 1

GP10 ≥5 000 ±0.1% 5 <5 000 ±5 g 5

GP100 ≥50 000 ±0.1% 50

<50 000 ±50 g 50



PROCEDIMIENTO: Etapas significativas:

1. Realización del pozo a cielo abierto (PCA) 2. Obtención de muestra alterada en la pared del pozo por cada estrato de

suelo 3. Obtención de muestra inalterada en el fondo del pozo o en el estrato de

suelo más significativo 4. Uso de la pala posteadora en el fondo del pozo

5. Determinación del contenido de agua () Realización del pozo a cielo abierto Consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes y hasta la profundidad donde se encuentre un estrato firme, 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. Esta excavación puede realizarse manualmente con herramienta como pico y pala o puede hacerse uso de una retroexcavadora para facilitar el trabajo. El ancho del pozo puede ser el del cucharón de la retroexcavadora (figura 1.7). La exploración del subsuelo podrá efectuarse predominantemente por medio de pozos a cielo abierto (PCA). El número mínimo de pozos a realizarse en un sitio será el siguiente:

a) Uno Para predios menores de 200 metros cuadrados b) Dos Para predios entre 200 y 1000 metros cuadrados c) Tres Para predios entre 1000 y 5000 metros cuadrados

Los predios mayores de 5000 metros cuadrados deberán incrementar el número de pozos a por lo menos uno por cada 3000 metros cuadrados. El número de sondeos en un predio deberá garantizar por lo menos en un 90% la caracterización del subsuelo en toda la superficie del estudio (Reglamento de Construcción para el Municipio de Querétaro, Artículo 164, 2000).



Obtención de muestra alterada en la pared del pozo

Una muestra alterada se define como aquella donde parte de ella o todo, a sufrido una alteración tal que ha perdido la estructura que poseía in-situ, éstas muestras no representan de forma real las propiedades mecánicas y de resistencia al suelo. Una muestra alterada generalmente es usada para los procesos de identificación y caracterización del suelo.

Para la obtención de muestras alteradas se debe realizar una ranura vertical a lo largo de una de las paredes del pozo, de aproximadamente 20 o 30 cm de ancho y 5 cm de espesor (figura 1.8). Esta ranura deberá forjarse empezando por la parte superior de la excavación e ir avanzando hacia abajo. Para tomar las muestras, deberá escogerse una de las caras laterales de la franja realizada y muestrear en secciones de 30 cm de abajo hacia arriba para evitar que las muestras se contaminen. El material que se vaya obteniendo deberá almacenarse en bolsas de plástico que deberán ser etiquetadas identificando la profundidad a la que se obtuvo la muestra, a qué proyecto pertenece, fecha y ubicación. Durante todo este proceso es recomendable ir definiendo una estratigrafía preliminar, basada en el color de los estratos y el tamaño de la partícula; una vez que se obtengan los resultados finales de la prueba se corroborará esta estratigrafía.

Figura 1.7 Realización de pozo a cielo abierto (PCA) mediante una retroexcavadora.



Obtención de la muestra inalterada en el fondo del pozo

Las muestras inalteradas son aquellas muestras obtenidas por medio de muestreadores y usando técnicas en las cuales es posible preservar de la estructura natural del material; aunque se use la expresión “inalterada” se debe tener en cuenta que una muestra de suelo al ser retirada de sus condiciones naturales sufre algún tipo de remoldeo o alteración, se denomina así porque representan fielmente las condiciones del suelo in-situ. En estas muestras se realizan todos aquellos ensayos que permiten evaluar las condiciones de resistencia del suelo y comportamiento mecánico del suelo, además de determinar la humedad natural.

Se deberá escoger una zona donde la superficie sea prácticamente plana,

se marca un cuadro aproximadamente de 30 x 30 cm y se comienza a excavar alrededor de las marcas superior y laterales con la herramienta apropiada sin dañar la estructura del material de la muestra ya sea por presión o por impacto (figura 1.9). Se profundizará lo necesario para poder efectuar un corte en la parte posterior e inferior de la muestra. Inmediatamente después de haber realizado dicho corte y sin levantar la muestra, se cubre ésta con manta de cielo recién embebida en una mezcla previamente preparada de cuatro partes de parafina por una parte de brea, mezcladas por medio de calor.

Figura 1.8 Obtención de muestra alterada de las paredes del pozo a cielo abierto (PCA).



La manta deberá estar bien adherida a la muestra. Una vez protegidas las seis caras descubiertas se aplica con brocha una capa de parafina y brea (relación 4: 1) fundidas y se fija la tarjeta de identificación. Uso de la pala posteadora en el fondo del pozo Se selecciona el lugar donde se desea explorar el suelo y se procede a armar la pala posteadora para después hincarla sobre el terreno haciéndola girar sobre su propio eje con la ayuda del maneral con el que cuenta la pala en su extremo superior. Se debe tener en cuenta que mientras se hinca la pala posteadora en el terreno es necesario ejercer cierta fuerza sobre el maneral para que el tubo de perforación que se encuentra en el extremo inferior de la pala posteadora penetre efectivamente dentro del suelo (figura 1.10).

Figura 1.9 Obtención de la muestra inalterada en el fondo del pozo a cielo abierto (PCA).

Figura 1.10 Perforación con pala posteadora.



La primera penetración se debe hacer hasta una profundidad de 25 cm; la pala se retira del interior del terreno girándola un poco en sentido contrario al que se giró la pala cuando se hincó en el terreno y se levanta con fuerza para extraerla del interior del suelo. El material retenido en la pala posteadora se extrae de su interior con ayuda del cuchillo y se desecha, ya que esta no se considera representativa por el hecho de encontrarse en la superficie del terreno donde los factores ambientales y de intemperismo han tenido una fuerte influencia sobre el suelo (figura 1.11). Se hinca de nuevo la pala dentro de la oquedad realizada con la primera penetración y se realiza una segunda penetración que debe desarrollar aproximadamente otros 25 cm de profundidad. Esta segunda extracción de suelo se considera una muestra representativa a la profundidad “x” a la que se haya llegado la cual deberá medirse con el flexómetro ya que deberá reportarse (figura 1.12).

Figura 1.11 Extracción de muestra de la pala posteadora

Figura 1.12 Medición de la profundidad de la muestra extraída



La muestra de suelo que fue extraída se deposita dentro de una bolsa de plástico para que se tengan pérdidas mínimas de humedad durante su transporte al laboratorio. Dentro de esta bolsa se deberá colocar una etiqueta la cual contendrá el lugar de donde se extrajo la muestra, su localización, el número de sondeo, fecha del sondeo y la profundidad a la que se obtuvo (figura 1.13)

Después de haber retirado la pala posteadora del terreno y haber extraído la muestra, se procede a hincar de nuevo la pala y se hace penetrar aproximadamente otros 25 cm para obtener otra muestra. De aquí en adelante el procedimiento se hace iterativo y será detenido en el momento en que se llegue a la profundidad total a la que se desee realizar el sondeo. Es necesario hacer notar que conforme se avanza en la profundidad de la excavación será necesario añadir tubos de perforación a la pala posteadora cuando se requiera para lograr alcanzar las profundidades deseadas.

Ya extraídas e identificadas todas las muestras necesarias del sondeo, estas se deben mantener en contenedores herméticos no corrosivos a una temperatura aproximada de 3 a 30°C y en un área donde no haya contacto directo con el sol. Se deben almacenar los contenedores de muestras alteradas de manera que se prevenga o minimice la condensación de humedad en el interior de los contenedores. Posteriormente se llevan al laboratorio para llevar a cabo las pruebas que se requieran.

Figura 1.13 Recolección e identificación de muestras



Obtención del contenido de agua ()

Una vez obtenidas las muestras alteradas del pozo a cielo abierto (PCA), estas serán preservadas y transportadas de acuerdo a la norma (ASTM D 4220-95, 2007) grupos de suelos B, C ó D. Las muestras que se almacenen antes de ser ensayadas se mantendrán en contenedores herméticos no corroíbles a una temperatura entre aproximadamente 3 ºC y 30 ºC y en un área que prevenga el contacto directo con la luz solar. Las muestras alteradas se almacenarán en recipientes de tal manera que prevenga ó minimice la condensación de humedad en el interior del contenedor.

La determinación del contenido de humedad se realizará tan pronto como sea posible después del muestreo, especialmente si se utilizan contenedores corrosibles (tales como tubos de acero de pared delgada, latas de pintura, etc.) ó bolsas plásticas.

Para los contenidos de humedad que se determinen en conjunción con algún otro método ASTM, se empleará la cantidad mínima de espécimen especificada en dicho método si alguna fuera proporcionada. La cantidad mínima de espécimen de material húmedo seleccionado como representativo de la muestra total, si no se toma la muestra total, será de acuerdo a la tabla 1.3

Tabla 1.3 Selección de muestra representativa de acuerdo al tamaño máximo de partícula (ASTM D 2216-10,

2010).

Tamaño máximo de partícula

(pasa 100%).

Tamaño estándar de

malla.

Masa mínima

recomendada

para contenido de

agua

+/- 0.1%

Masa mínima

recomendada

para contenido de

agua

+/- 1%

2.00 mm ó menos No. 10 20 g 20 g*

4.75 mm No. 4 100 g 20 g*

9.50 mm 3/8 in 500 g 50 g

19.00 mm ¾ in 2.5 kg 250 g

37.50 mm 1 ½ in 10 kg 1 kg

75.00 mm 3 in 50 kg 5 kg

Nota: * Para que la muestra sea representativa, no debe ser menor de 20 g.

Nota: Si se usa toda la muestra, ésta no tiene que cumplir los requisitos mínimos dados en la tabla anterior, en el reporte se indicará que se usó la muestra completa. Cuando se trabaje con una muestra pequeña (menos de 200 gr.) que contenga partículas de grava relativamente grandes, no es apropiado incluirlas en la muestra de ensayo, sin embargo en el reporte de resultados se mencionará y anotará el material descartado. Para aquellas muestras que consistan íntegramente de roca intacta, el espécimen mínimo tendrá un peso de 500 gr.



Posteriormente se pesarán con báscula estas porciones de suelo dentro de

recipientes de vidrio o taras previamente identificadas y pesadas (figura 1.14)

Una vez que se han terminado de pesar todos los recipientes con las porciones de suelo, estos serán introducidos en un horno donde permanecerán 24 horas a una temperatura aproximada de 110 ºC ± 5 ºC (figura 1.15). Esto tiene la finalidad de extraer toda el agua que pudieran contener las proporciones de suelo y se tenga la posibilidad el peso seco de la muestra (ASTM D 2216-10, 2010).

Figura 1.14 Obtención del peso de la muestra

Figura 1.15 Introducción de las muestras al horno para obtener su contenido de agua ().



Nota: El secado en horno siguiendo este método (a 110 ºC) no da resultados confiables cuando el suelo contiene yeso u otros minerales que contienen gran cantidad de agua e hidratación o cuando el suelo contiene cantidades significativas de material orgánico. Sin embargo, se pueden tener valores confiables del contenido de humedad para estos suelos, secándolos en un horno a una temperatura de 60 ºC o en un desecador a temperaturas ambiente. Se deben tomar también consideraciones especiales para sedimentos marinos. Un procedimiento alterno para determinar el contenido de agua en materiales con materia orgánica se encuentra en la norma ASTM D 2974, 2007. Después de que hayan transcurrido 24 horas las muestras son extraídas del horno y se pesan nuevamente en la báscula. El periodo de secado suficiente, en la mayoría de los casos, es de 12 a 16 horas. En casos en que haya duda del secado, entonces debe continuarse hasta que no haya cambio en la masa de suelo (menor de 0.1% de su masa) después de dos periodos sucesivos mayores de 1 hora (ASTM D 2216-10, 2010). Es recomendable retirar las muestras secas que se encuentren en el horno antes de introducir las muestras húmedas ya que las primeras podrían absorber humedad de estas últimas. RESULTADOS: Todos los datos anteriores se registran en el formato anexo a esta práctica y el cual nos ayudará a obtener el peso seco de las muestras (Ws) y el contenido

de agua () de las mismas. El contenido de agua se determinará de acuerdo a la siguiente expresión:

Donde:

= Es el contenido de agua del suelo en porcentaje

W = Es el peso del agua de la muestra de suelo Ws = Es el peso seco de la muestra de suelo

1W = Es el peso de la tara más el suelo húmedo, en gramos

2W = Es el peso de la tara más el suelo seco, en gramos

tW = Es el peso de la tara, en gramos

Una vez obtenidos los datos del contenido de agua a las diferentes profundidades, se procederá a reportar los datos obtenidos en un perfil

1001002

21 xWs

Wx

WW

WW

t

(1.1)



estratigráfico donde el eje de las abscisas corresponderá al contenido de agua en porcentaje y el eje de las ordenadas será el correspondiente a la profundidad a las que se obtuvieron las muestras dentro del pozo.

Deberá añadirse a estos resultados un croquis en el cual se indique como llegar al lugar donde se realizó la exploración (figura 1.17), la ubicación del sondeo respecto al predio, número del sondeo realizado y a qué proyecto pertenece dicho sondeo. Puede usarse una etiqueta como la que se muestra en la (figura 1.16) para identificar las muestras:

ETIQUETA PARA MUESTRAS

Proyecto: Fecha:

Ubicación: Muestra No:

Descripción del suelo:

Excavación No:

Tipo de muestra:

Profundidad de la muestra:

Tamaño original de la muestra:

Condiciones de la muestra:

Observaciones:

Figura 1.16 Etiqueta para muestras extraídas en campo



FORMATO 1.1

Exploración y muestreo

Proyecto:

Sondeo:

Elaboró: Fecha:

Profundidad Tara Wf + Wmh Wf + Wms Wmh Wms W = Wmh -Wms

(m) No. Wf (gr) (gr) (gr) (gr) (gr) (%)

Donde:

Wf = Peso de la tara (gr)

Wmh = Peso de la tara más suelo húmedo (gr)

Wms = Peso de la tara más suelo seco (gr)

W = Peso del agua de la muestra (gr)

= Contenido de agua en un suelo expresado en porcentaje (%)



Figura 1.17 Croquis de localización del predio en estudio.



REFERENCIAS:

ASTM D 2216 (2010) Standard Test Methods for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass Estados Unidos.

ASTM D 2974 (2007) Test Methods for Moisture, Ash, and Organic Matter of Peat and Other Organic Soils. Estados Unidos.

ASTM D 4220-95 (2007) Standard Practices for Preserving and Transporting Soil Samples. Estados Unidos.

Normativa SCT (M-MMP-1-04/03) (2003) Métodos de muestreo y prueba de materiales; Suelos y materiales para terracerías. Contenido de agua.

Juárez B. E. y Rico R. A. (2008) Mecánica de Suelos. Tomo I. Fundamentos de Mecánica de Suelos. Editorial Limusa. México, D.F.

Bowles, J. E. (1996) Foundation Analysis and Design. Editorial McGraw Hill. Quinta Edición. Estados Unidos.

Comisión Federal de Electricidad (1983) Manual de Diseño de Obras Civiles. Geotecnia B.2.1. México.

Norma Mexicana NMX-C-431-ONNCCE-2002 (2002). Industria de la construcción. Geotecnia -Cimentaciones- Toma de muestra alterada e inalterada - Métodos de prueba. México.

González Rosas J. C. y López Espinoza P.O. (2006) Tesis: Diseño geotécnico de cimentación para los edificios de departamentos de interés social, ubicado en la calle Andrés Molina Enríquez No. 4250, Colonia Asturias; Delegación Iztacalco, Instituto Politécnico Nacional, México, D.F.

Reglamento de construcción para el municipio de Querétaro (2000) Capítulo VIII, Diseño de cimentaciones, Artículo 164.

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1. Exploración y Muestreo de Suelos_2012