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DEDICATORIA
En primer lugar y con el más amplio sentimiento de gratitud deseo dedicarle este trabajo especial a todas las personas que siempre creyeron en mi capacidad, es grato saber la fuerza y determinación que poseemos cuando queremos alcanzar una meta
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INTRODUCCION
El muestreo constituye la etapa inicial y fundamental para la adecuada interpretación de los resultados obtenidos en el laboratorio. Pero debido a que el suelo es un material muy heterogéneo, con diferentes condiciones de origen, topografía, manejo, tipos de vegetación, etc.; es necesario definir unidades con características más o menos similares, que permitan establecer lo que se conoce como unidades de muestreo.
Una muestra del suelo es usualmente empleada para evaluar sus características. La muestra consiste en una mezcla de porciones de suelo (submuestras) tomadas al azar de un terreno homogéneo el objetivo del muestreo define la metodología a emplear. Por ejemplo el muestreo que se realiza para clasificar taxonómicamente un suelo es diferente del muestreo que se hace para evaluar su fertilidad propiedades físicas, condiciones hídricas etc.
Es importante que la muestra de suelos sea representativa del terreno que se desea evaluar. Los análisis de suelos en el laboratorio de suelos se hacen siguiendo metodologías bastante detalladas y con técnicas analíticas cada vez más exactas y precisas así que la fuente de error más grande se halla en la toma de muestra de suelos.
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ÍNDICE
INDICE__________________________________________________________________ 3
DEDICATORIA___________________________________________________________________________________________ 1
INTRODUCCION_________________________________________________________________________________________ 2
TOMA DE MUESTRAS___________________________________________________________________________________ 4
1.- GENERALIDADES_________________________________________________________________________________ 4
2.- ONTENCION DE MUESTRAS_____________________________________________________________________ 4
2.1 RECONOCIMIENTO___________________________________________________________________________ 4
2.1.1 LAS CALICATAS__________________________________________________________________________ 5
2.1.2 LOS SONDAJES___________________________________________________________________________ 18
2.1.2.1TIPOS DE SONDAJES________________________________________________________________ 19
A.- MÉTODOS DE EXPLORACIÓN DE CARÁCTER PRELIMINAR.- POZOS A CIELO ABIERTO, CON MUESTREO ALTERADO O INALTERADO.- PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS HELICOIDALES O
MÉTODOS SIMILARES.- MÉTODOS DE LAVADO- MÉTODOS DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR.- MÉTODO DE PENETRACIÓN CÓNICA.
- PERFORACIONES EN BOLEOS Y GRAVAS (CON BARRETONES, ETC.) B.- METODOS DE SONDEO DEFINITIVO.
- POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO INALTERADO.- MÉTODOS CON TUBO DE PARED DELGADA.- MÉTODOS ROTATORIOS PARA ROCA.
C.-METODOS GEOFISICOS
- SÍSMICO.
- DE RESISTENCIA ELÉCTRICA.- MAGNÉTICO Y GRAVIMÉTRICO.
3.- ENSAYO DIRECTAMENTE (INSITU)_____________________________________________________________ 30
3.1 PROCEDIMIENTO DE TOMA DE MUESTRA_________________________________________________ 31
3.1.1 MUESTRAS EN BOLSA___________________________________________________________________ 31
A.- MUESTRAS INDIVIDUALES
B.- MUESTRAS COMPUESTAS
C.- MUESTRAS PARA CONTENIDO DE HUMEDAD
3.1.2 MUESTRAS INALTERADAS______________________________________________________________ 32
4.- CONCLUSIONES___________________________________________________________________________________ 33
5.- BIBLIOGRAFIA____________________________________________________________________________________ 34
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TOMA DE MUESTRAS
1.- GENERALIDADES
Lo primero que hay que consignar en la obtención de una muestra es que ésta sea representativa del terreno. Un muestreo adecuado y representativo es de primordial importancia, pues tiene el mismo valor que el de los ensayos en sí. A menos que la muestra obtenida sea verdaderamente representativa de los materiales que se pretende usar, cualquier análisis de la muestra solo será aplicable a la propia muestra y no al material del cual procede, de ahí la necesidad de que el muestreo sea efectuado por personal conocedor de su trabajo.
Las muestras pueden ser de dos tipos: alteradas o inalteradas. Se dice que una muestra es alterada cuando no guarda las mismas condiciones que cuando se encontraba en el terreno de donde procede, e inalterada en caso contrario.
La muestra deberá ser identificada fácilmente en laboratorio, por este motivo deberá indicar: Nombre del Proyecto, Ubicación, N° de pozo, Horizonte, Profundidad, N° de Muestra, Fecha de Obtención, Ítem a que pertenece, Nombre de la persona que la tomó y si está contenida en uno o más envases.
2.- OBTENCION DE MUESTRAS
2.1 RECONOCIMIENTO
Todo estudio geotécnico debe iniciarse con un reconocimiento detallado del terreno a cargo de personal experimentado. El objetivo de este reconocimiento es contar con antecedentes geotécnicos previos para programar la exploración.
Mediante la observación de cortes naturales y/o artificiales producto de la erosión o deslizamiento será posible, en general, definir las principales unidades o estratos de suelos superficiales.
Especial importancia debe darse en esta etapa a la delimitación de zonas en las cuales los suelos presentan características similares y a la identificación de zonas vedadas o poco recomendables para emplazar construcciones, tales como zonas de deslizamiento activo, laderas rocosas con fracturamiento según planos
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paralelos a la superficie de los cortes, zonas pantanosas difíciles de drenar, etc. Este reconocimiento se puede efectuar por vía terrestre o por vía aérea dependiendo de la transitividad del terreno.
El programa de exploración que se elija debe tener suficiente flexibilidad para adaptarse a los imprevistos geotécnicos que se presenten. No existen un método de reconocimiento o exploración que sea de uso universal, para todos los tipos de suelos existentes y para todas las estructuras u obras que se estudian.
Generalmente se ejecutan pozos distanciados entre 300 a 600 metros, aparte de los que deban ejecutarse en puntos singulares. Pueden realizarse pozos más próximos si lo exige la topografía del área, naturaleza de la deposición o cuando los suelos se presentan en forma errática. Asimismo deben delimitarse las zonas en que se detecten suelos que se consideren inadecuados.
En todo caso, al programar una exploración se deben considerar las siguientes pautas generales:
Ubicar puntos de prospección a distancias aproximadamente iguales, para luego densificar la exploración si se estima pertinente.
Prospectar aquellos sectores que soportarán rellenos o terraplenes de importancia y aquellos en que la rasante se ubica muy próxima al terreno natural (h<0.6 m).
Inspeccionar aquellas zonas en que se tienen cortes de importancia, ubicando los puntos de cambio de cortes a terraplén para conocer el material al nivel de la subrasante.
Inspeccionar el subsuelo en aquellos puntos en que se ubican obras de arte y estructuras importantes.
Los métodos más usados para los estudios de superficie que conducen al reconocimiento del perfil estratigráfico son:
2.1.1 CALICATAS
Las calicatas permiten la inspección directa del suelo que se desea estudiar y, por lo tanto, es el método de exploración que normalmente entrega la información más confiable y completa. En suelos con grava, la calicata es el único medio de exploración que puede entregar información confiable, y es un medio muy efectivo
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para exploración y muestreo de suelos de fundación y materiales de construcción a un costo relativamente bajo.
Es necesario registrar la ubicación y elevación de cada pozo, los que son numerados según la ubicación. Si un pozo programado no se ejecuta, es preferible mantener el número del pozo en el registro como "no realizado" en vez de volver a usar el número en otro lugar, para eliminar confusiones.
La profundidad está determinada por las exigencias de la investigación pero es dada, generalmente, por el nivel freático.
La sección mínima recomendada es de 0,80 m por 1,00 m, a fin de permitir una adecuada inspección de las paredes. El material excavado deberá depositarse en la superficie en forma ordenada separado de acuerdo a la profundidad y horizonte correspondiente. Debe desecharse todo el material contaminado con suelos de estratos diferentes. Se dejarán plataformas o escalones de 0,30 a 0,40 metros al cambio de estrato, reduciéndose la excavación. Esto permite una superficie para efectuar la determinación de la densidad del terreno. Se deberá dejar al menos una de las paredes lo menos remoldeada y contaminada posible, de modo que representen fielmente el perfil estratigráfico del pozo. En cada calicata se deberá realizar una descripción visual o registro de estratigrafía comprometida.
A cada calicata se le deberá realizar un registro adecuado que pasará a formar parte del informe respectivo. La descripción visual de los diferentes estratos se presentará en el formato de la figura 5.1 y deberá contener, como mínimo, toda la información que allí se solicita.
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El laboratorista deberá registrar claramente el espesor de cada estrato y efectuar una descripción del mismo mediante identificación visual basado en la pauta que se indica.
Los suelos es posible agruparlos en tres grupos primarios, sin embargo, en la naturaleza se encuentran compuestos, pero es posible discernir el componente predominante y asimilar la muestra a ese grupo. La principal distinción se hace sobre la base del tamaño. Las partículas individuales visibles forman la fracción gruesa y demasiadas pequeñas para ser individualizadas componen la fracción fina. Los componentes orgánicos del suelo consisten en materia vegetal descompuesta o en proceso de descomposición, lo que le impone al suelo una estructura fibrosa. Pueden ser identificados por sus colores oscuros y el olor distintivo.
TAMAÑO
Los suelos gruesos son aquellos en que más de la mitad de las partículas son visibles. En esta estimación se excluyen las partículas gruesas mayores a 80 mm (3"); sin embargo, tal fracción debe ser estimada visualmente y el porcentaje indicado independientemente del material inferior a 80 mm. La fracción gruesa comprende los tamaños de gravas y arenas, y la fracción fina los limos y arcillas.
En caso de suelos mixtos, la muestra se identificará sobre la base de la fracción predominante usando los siguientes adjetivos, según la proporción de la fracción menos representativa; indicios: 0-10%, poco: 10-20%, algo: 20-35%; y abundante: 35-50%.
COLOR
Se debe indicar el color predominante.
OLOR
Las muestras recientes de suelos orgánicos tienen un olor distintivo que ayuda a su identificación. El olor puede hacerse manifiesto calentando una muestra húmeda.
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HUMEDAD
En las muestras recientes deberá registrarse la humedad. Los materiales secos necesitan una cantidad considerable de agua para obtener un óptimo de compactación. Los materiales húmedos están cerca del contenido óptimo. Los mojados necesitan secarse para llegar al óptimo, y los saturados son los suelos ubicados bajo un nivel freático.
ESTRUCTURA
Si los materiales presentan capas alternadas de varios tipos o colores se denominará estratificado; si las capas o colores son delgados, inferior a 6 mm, será descrito como laminado; fisurado si presenta grietas definidas; lenticular si presenta inclusión de suelos de textura diferente.
CEMENTACION
Algunos suelos muestran definida evidencia de cementación en estado inalterado. Esto debe destacarse e indicar el grado de cementación, descrito como débil o fuerte. Verificando con ácido clorhídrico si es debida a carbonatos y su intensidad como ninguna, débil o fuerte.
DENSIFICACION
La compacidad o densidad relativa de suelos sin cohesión puede ser descrita como suelta o densa, dependiendo de la dificultad que oponga a la penetración de una cuña de madera.
La consistencia de suelos cohesivos puede ser determinada en sitio o sobre muestras inalteradas de acuerdo con el criterio indicado en Tabla V.1. Los valores de resistencia al corte están basados en correlaciones con penetrómetro de bolsillo usado frecuentemente para estimar la consistencia.
CLASIFICACION
Se debe indicar además la clasificación probable. Pueden usarse clasificaciones dobles cuando un suelo no pertenece claramente a uno de los grupos, pero tiene fuertes características de ambos grupos. Deben colocarse entre paréntesis para indicar que han sido estimadas.
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NOMBRE LOCAL
El uso de nombres típicos tales como caliche, maicillo, pumicita, cancagua, etc., además de su designación según el sistema de clasificación de suelo, ayuda a identificar sus condiciones naturales.
La descripción de suelos, en especial su clasificación, está basada en examen visual y ensayos manuales, y no debe contener refinamientos que sólo pueden determinarse con equipo de laboratorio, aunque éstos sean contradictorios. Ocasionalmente los suelos son descritos con tal cantidad de detalles que el cuadro presentado es más confuso que esclarecedor; sin embargo, es mejor errar por el lado del exceso de detalles, que pueden seleccionarse, que presentar descripciones incompletas.
En todo caso se estima recomendable utilizar corno pauta las definiciones y recomendaciones contenidas en la norma ASTM D 2488, denominada "Descripción de suelos" (procedimiento Visual- Manual).
Estas descripciones visuales deberán contener como mínimo los siguientes antecedentes:
Identificación de la calicata mediante un número, especificado su ubicación con respecto al kilometraje del eje o sus coordenadas, nombre las laboratorista y fecha de la inspección.
Profundidad total. Profundidad de la napa de agua, referida al nivel del terreno natural y fecha
de observación. Profundidad de los diferentes estratos por describir, referidas al nivel del
terreno natural. Descripción del suelo empleando la terminología que se entrega en la
figuras 5.1 y 5.2, según se trate de suelos gruesos o finos, respectivamente. Cantidad y tipo de las muestras tomadas en la calicata. Observaciones y otras características relevantes.
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Desde las paredes y piso de las calicatas se deben obtener las muestras que serán llevadas a laboratorio.
Todas las muestras que se obtengan deberán ser perfectamente identificadas, incluyendo a lo menos los siguientes tópicos: identificación de la calicata; profundidad a la que fue tomada; nombre de la persona que la tomo y fecha de obtención.
Se distinguen dos tipos de muestras que se pueden obtener:
MUESTRA PERTURBADAS:
Se obtienen en general de las paredes de los pozos y comprometen estratos determinados o bien la suma de algunos de ellos, como es el caso de la investigación de yacimientos. Estas muestras deben guardarse en bolsas impermeables y de resistencia adecuada. Cada bolsa debe identificarse clara e indeleblemente.
MUESTRAS EN BOLSAS:
Las muestras en bolsas se toman con pala, barreta o cualquier otra herramienta de mano conveniente y se colocan en bolsas sin tratar de mantener al suelo en forma inalterada, estas muestras se usan para:
Análisis granulométrico. Ensayos de plasticidad. Ensayos de compactación – humedad óptima. Ensayos de compactación CBR en laboratorio.
MUESTRA SIN PERTURBAR:
Este tipo de muestra se recorta de las paredes de los pozos y compromete estratos bien definidos. Después de cortadas deben revestirse con una capa de parafina sólida aplicada con brocha.
Es conveniente agregar alrededor de un 30% de cera virgen a la parafina sólida con el fin de que la capa protectora sea menos rígida. Si la consistencia de la muestra es relativamente blanda, debe rodearse de grasa y recubrir una vez mas
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con parafina sólida y cera. Una vez dado el tratamiento anterior, debe colocarse en cajas de madera con aserrín u otro producto que actúe como amortiguador de golpes.
Las muestras sin perturbar deberán tomarse apenas excavadas las calicatas, en especial cuando se trate de suelos cuya estructura se ve afectada por los cambios de humedad. En todo caso, al tomar una muestra no perturbada, debe elegirse la pared de la calicata menos expuesta al sol y debe excavarse el espesor superficial que haya sido afectado por los cambios de humedad.
No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje adecuado de las muestras, ya que el grado de perturbación que se le ocasione a una muestra no perturbada es irrecuperable y lleva a resultados erróneos. En las calicatas, es posible realizar ensayes en sitio tales como las pruebas de carga con placas, CBR, permeabilidades, medidas de densidad, etc. Las pruebas de carga pueden realizarse contra el fondo de la perforación o las paredes de la misma.
Cada vez que sea necesario realizar un ensayo en sitio en una calicata, la excavación deberá realizarse considerando este hecho, dado que este tipo de prueba obliga a tomar medidas especiales que determinan la forma de excavación. Es así como la toma de densidades obliga a realizar éstas a medida que la excavación se realiza, o bien es necesario dejar bancos intermedios.
El muestreo es tan importante como el ensaye y se deben tomar las precauciones para obtener muestras que exhiban la naturaleza real y condiciones de los suelos que se representan. Salvo situaciones que exijan determinación de resistencia o consolidación, las muestras necesarias para diseño de superestructura de obras viales serán perturbadas.
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La cantidad de muestras necesarias para análisis básicos será la indicada en la siguiente tabla.
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ENSAYO
PESO DE MUESTRA
KG OBSERVACIÓN
GranulometríaDmax. Menor que el tamiz 80 mm
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Dmax. Menor que tamiz 25 mm
10
Dmax. Menor que tamiz 10 mm
4
Límites de Consistencia 0.15 Fracción menor que tamiz 0.5 mmDensidad de Partículas SólidasFracción mayor que tamiz 5 mm
4 Tamaño máximo = 40 mm
8 Tamaño máximo = 50 mm20 Tamaño máximo = 80 mm
Fracción menor que tamiz 5 mm
0.03
Proctor Modificado 15 Métodos A y C30 Métodos B y D
CBR 50 En suelo con tamaño max.< tamiz 20 mm
TABLA V.1 CANTIDAD DE MUESTRA SEGÚN TIPO DE ENSAYO
A cada calicata se le deberá realizar un registro adecuado que pasara a formar parte del análisis respectivo. La descripción visual de los diferentes estratos deberá contener, como mínimo:
Nombre del proyecto Sector/tramo Nº de pozo Ubicación respecto a un eje de referencia Cota Fecha de la inspección Inspector Descripción del suelo, etc.
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Las muestras se someterán a los análisis de clasificación:
Granulometría. Límites de consistencia: Límite líquido y Límite Plástico. Constantes físicas: Densidad de partículas sólidas y Densidad neta.
Una vez realizados estos análisis, con objeto de abreviar los ensayos correspondientes a la determinación del valor de soporte California (CBR) y el de Relación Humedad - Densidad (Proctor), se podrán agrupar las muestras de características similares a una muestra patrón representativo, siempre que cumplan los siguientes requisitos:
Las muestras correspondan a un mismo sector o zona. Tengan la misma clasificación general.
Pertenezcan a uno de los siguientes rangos de índice de grupo (IG): entre 0 y 2; 3 y 7; 8 y 15; 16 y 25, y sobre 25.
La comparación de sus granulometrías no presente discrepancias superiores a:
Tamiz 20 mm = ± 12% ; Tamiz 5 mm = ± 8% ; Tamiz 2 mm = ± 6% ; Tamiz 0.08 mm = ± 4%(si pasa menos de un 35%) ó ± 6% (si pasa más de un 35%).
El índice de plasticidad no debe discrepar más de
Si IP < 10: ± 2
Si 10 < IP < 20: ± 3
Si IP > 20: ± 4
El ensayo CBR también puede aplicarse a muestras inalteradas, siempre que se cuide de colocarlas en el molde sin perturbarlas y que además se rellene con parafina sólida u otro material similar el espacio que quede entre las muestras y las paredes del molde. Hay suelos en que este trabajo presenta dificultades
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insalvables, lo que hace necesario recurrir a la realización de un ensaye de CBR "en sitio". El suelo ensayado no debe contener partículas mayores que el tamiz 20 mm.
Para definir el tamaño de la muestra de suelo que se deberá tomar en terreno destinada a ser ensayada en laboratorio, se deberá tener en cuenta lo que se indica a continuación.
Ensayes que se han programado ejecutar. Tamaño máximo de las partículas. Reutilización de las muestras en ensayes de compactación.
A manera de información se anotan a continuación los tamaños de muestra requerido para diferentes casos:
Para materiales de empréstit o, de acuerdo con su posible utilización, se deberán completar los análisis con los siguientes ensayos:
a) Agregados para Bases y Sub-bases
Desgaste de Los Ángeles
b) Áridos para Hormigón
Finos menores a 0,08 mm Impurezas orgánicas del agregado fino Partículas deleznables (terrones de arcilla, yeso, mica, etc.). Sales solubles Desintegración por sulfatos, cuando corresponda.
c) Agregados para mezclas asfálticas y tratamientos superficiales.
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Adherencia con bitúmenes.
El informe geotécnico de yacimientos debe entregar, al menos, la siguiente información:
Identificación: nombre ubicación y rol de propiedad (croquis con distancias fundamentales).
Potencialidad del yacimiento. Condiciones de explotación, tales como: nivel freático,
accesos, escarpes, uso actual del terreno, etc. Características índices de los materiales que pueden
obtenerse. Características y propiedades de los materiales para definir su
aptitud, como agregado para hormigón, asfalto, bases, rellenos, etc.
Limitaciones o condicionantes constructivas que puedan restringir su utilización (p. ej. condiciones de humedad, sobre tamaño, etc.).
Facilidades de energía eléctrica y recursos de agua.
Es conveniente, dentro de cada región o provincia del país, tener un catastro de pozos de materiales y su factibilidad de empleo en los distintos tipos de obras viales.
Para su ubicación tenemos que distinguir dos tipos de materiales:
ÁRIDOS DIRECTOS:
Son aquellos materiales que para su utilización sólo es necesario realizar las operaciones para su extracción y clasificación, es decir, que se emplean tal como se encuentran en la naturaleza.
ÁRIDOS INDIRECTOS:
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Son aquellos materiales que además de los dos procesos señalados necesitan otro intermedio, que consiste en su elaboración o chancado, selección, etc., por no ser utilizables con el tamaño que se extraen.
Los Yacimientos proceden de depósitos que pueden ser: Fluviales, Glaciares, Torrenciales. Eólicos y Marinos.
Los depósitos fluviales se encuentran en ríos, zonas inferiores de los valles, cauces de avenidas, estuarios y deltas. Son los depósitos más utilizados dado que tienen, considerando el largo recorrido desde su punto de origen hasta su depósito, granulometrías definidas y homogéneas, formas redondeadas y superficies algo ásperas, lo que le da una primera selección natural. Además son de fácil explotación.
Los depósitos glaciares son más heterogéneos tanto en calidad como en tamaño y granulometría, siendo menos limpios que los fluviales. Se les ubica en pequeñas colinas, denominadas morrenas, que se formaron por arrastre al pie de los glaciares. Son de difícil explotación.
Los depósitos torrenciales se encuentran en los conos de deyección y en zonas áridas, son uniformes y de forma angular, pero en general son depósitos de materiales heterogéneos y mal graduados.
Los depósitos eólicos son productos detríticos de granulometría fina y uniforme (dunas). Suelen ser materiales cuarzosos que han resistido la dura erosión generada por el roce. Son de fácil explotación.
Los depósitos marinos son un importante proveedor de materiales aun cuando quedan limitados por las sales que contienen.
2.1.2 SONDAJES EN SUELO
Este método de exploración debe usarse en aquellos casos en que el reconocimiento del perfil estratigráfico necesario que se deberá estudiar, no pueda ser realizado mediante calicatas, ya sea porque se requiere reconocer el perfil en una profundidad importante, o bien por presencia de agua. En los estudios viales, este tipo de exploración se limita generalmente al estudio de fundaciones de estructuras principales y al estudio de estratos de compresibilidad importantes situados bajo el nivel de la napa.
Los suelos finos, exentos de gravas, pueden ser bien estudiados mediante sondajes. La información que puede obtenerse de sondajes efectuados en suelos
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con gravas es generalmente incompleta y deficiente, pero en determinados casos resulta ser la única posible de realizar.
TIPOS DE SONDEOS:
Los tipos principales de sondeos que se usan en mecánica de suelos para fines de muestreo y reconocimiento del subsuelo, en general, son los siguientes:
A.- MÉTODOS DE EXPLORACIÓN DE CARÁCTER PRELIMINAR.
o Pozos a cielo abierto, con muestreo alterado o inalterado.
o Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o métodos
similares.o Métodos de lavado
o Métodos de penetración estándar.
o Método de penetración cónica.
o Perforaciones en boleos y gravas (con barretones, etc.)
POZOS A CIELO ABIERTO O CALICATAS:
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.
En estos pozos se pueden tomar muestras alteradas o inalteradas de los diferentes estratos que se hayan encontrado.
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PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS HELICOIDALES O MÉTODOS
SIMILARES:
En estos sondeos exploratorios la muestra de suelo obtenida es completamente alterada, pero suele ser representativa del suelo en lo referente a contenido de agua, por lo menos en suelo muy plástico.
Los barrenos helicoidales pueden ser de diferentes tipos no sólo dependiendo del suelo por atacar, sino de acuerdo con la preferencia particular de cada perforista. Un factor importante es el paso de la hélice que debe ser muy cerrado para suelos arenosos y mucho más abierto para el muestreo en suelos plásticos.
Posiblemente más usadas que los barrenos son las posteadoras a las que se hace penetrar en el terreno ejerciendo un giro sobre el mineral adaptado al extremo superior de la tubería de perforación. Las herramientas se conectan al extremo de una tubería de perforación, formada por secciones de igual longitud, que se
van añadiendo según aumenta la profundidad del sondeo.
En arenas colocadas bajo el nivel de aguas freáticas estas herramientas no suelen poder extraer muestras y en esos casos es preferible recurrir al uso de cucharas especiales, de las que también hay gran variedad de tipos.
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Las muestras de cuchara son generalmente más alteradas todavía que las obtenidas con barrenos helicoidales y posteadoras; la razón es el efecto del agua que entra en la cuchara junto con el suelo, formando en el interior una seudosuspensión parcial del mismo. Es claro que en todos estos casos las muestras son cuando mucho apropiadas solamente para pruebas de clasificación y, en general, para aquellas pruebas que no requieran muestra inalterada. El contenido de agua de las muestras de barreno suele ser mayor del real, por lo que el método no excluye la obtención de muestras más apropiadas, por lo menos
cada vez que se alcanza un nuevo estrato. Frecuentemente es necesario ademar o revestir el pozo de sondeo, lo cual se realiza con tubería de hierro, hincada a golpes, de diámetro suficiente para permitir el paso de las herramientas muestreadoras. En la parte inferior una zapata afilada facilita la penetración. A veces, la tubería tiene secciones de diámetros decrecientes, de modo que las secciones de menor diámetro vayan entrando en las de mayor. Los diferentes segmentos se retiran al fin del trabajo usando gatos apropiados.
Para el manejo de los segmentos de tubería de perforación y de ademe, en su caso, se usa un trípode provisto de una polea, a una altura que permita las manipulaciones necesarias. Los segmentos manejados se sujetan a través de la polea con cable de manila o cable metálico
inclusive: los operadores pueden intervenir manualmente en las operaciones, guiando y sujetando los segmentos de tubería de perforación por medio de llaves de diseño especial propias para esas maniobras y para hacer expedita la operación del atornillado de los segmentos.
Un inconveniente serio de la perforación con barrenos se tiene cuando la secuencia estratigráfica del suelo es tal que a un estrato firme sigue uno blando.
En estos casos es muy frecuente que se pierda la frontera entre ambos o aun la misma presencia del blando.
El error anterior tiende a atenuarse accionando el barreno helicoidal tan adelantado respecto al ademe como lo permita el suelo explorado.
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MÉTODO DE LAVADO:
Este método constituye un procedimiento económico y rápido para conocer
aproximadamente la estratigrafía del subsuelo. El método se usa también en ocasiones como auxiliar de avance rápido en otros métodos de exploración. Las muestras obtenidas en lavado son tan alteradas que prácticamente no deben ser consideradas como suficientemente representativas para realizar ninguna prueba de laboratorio.
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.
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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.
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
FIG. 5.7 PENETRÓMETRO ESTÁNDAR
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 (Fig. 5.7). 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
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arcillas, con el número de golpes necesarios en ese suelo para que el penetrómetro estándar logre entrar los 30 cm especificados.
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. En los primeros la herramienta se hinca a presión, medida en la superficie con un gato apropiado; en los segundos el
hincado se logra a golpes dados con un peso que cae. En la prueba dinámica puede usarse un penetrómetro atornillando al extremo de la tubería de perforación, que se golpea en su parte superior de un modo análogo al descrito para la prueba de penetración estándar. Es normal usar para esta labor un peso de 63,5 Kg, con 76 cm de altura de caída, o sea la misma energía para la penetración usada en la prueba estándar. También ahora se cuenta los golpes para 30 cm de penetración de la herramienta. A modo de resumen podría decirse que las pruebas de penetración cónica, estática o dinámica, son útiles en zonas cuya estratigrafía sea ya ampliamente conocida a priori y cuando se desee simplemente obtener información de sus características en un lugar específico;
pero son pruebas de muy problemática interpretación en lugares no explorados a fondo previamente. La prueba de penetración estándar debe estimarse preferible en todos los casos en que su realización sea posible.
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
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cables. En ocasiones se ha recurrido, inclusive, al uso localizado de explosivos para romper la resistencia de un obstáculo que aparezca en el sondeo.
B.- MÉTODOS DE SONDEO DEFINITIVO.
o Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado.
o Métodos con tubo de pared delgada.
o Métodos rotatorios para roca.
POZOS A CIELO ABIERTO CON MUESTREO INALTERADO (CALICATA):
Este método de exploración ha sido ya descrito por lo que no se considera necesario describirlo nuevamente. Sin embargo, es conveniente insistir en el hecho de cuando es factible, debe 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.
MUESTREO CON TUBOS 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 de 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 su cara superior e inferior los mismos esfuerzos que tenía "in situ".
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Este tipo de muestreadores no es recomendable para suelos muy blandos, con alto contenido de agua y arenas, ya que en ocasiones no logran extraer la muestra, saliendo a la superficie sin ella.
MÉTODOS ROTATORIOS PARA ROCA:
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. 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. En las primeras, en el extremo de la tubería de perforación va colocado un muestreador especial, llamado de "corazón", en cuyo extremo inferior se acopla una
broca de acero duro con incrustaciones de diamante industrial, que facilita la perforación.
En las segundas, los muestreadores son de acero duro y la penetración se facilita por medio de municiones de acero que se echan a través de la tubería hueca hasta la perforación y que actúan como abrasivo. En roca muy fracturada puede existir el peligro que las municiones se pierdan. Perforadoras tipo cáliz se han construido con diámetros muy grandes, hasta para hacer perforaciones de 3m; en estos casos la máquina penetra en el suelo con la misma broca.
De acuerdo a lo anterior se concluye que el éxito de una maniobra de perforación rotatoria depende fundamentalmente de esos tres factores:
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Velocidad de rotación. Presión de agua. Presión sobre la broca.
C.- MÉTODOS GEOFÍSICOS.
o Sísmico.
o De resistencia eléctrica.
o Magnético y gravimétrico.
Se trata 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 se han aplicado sobre todo a cuestiones de geología y minería y en mucha menor escala a Mecánica de Suelos, Para realizar investigaciones preliminares de lugares para localizar presas de tierra o para determinar, como se indicó, perfiles de roca basal. 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.
A continuación se describen brevemente los principales métodos que se han desarrollado hasta hoy; de ellos los dos primeros han resultado, los más importantes.
MÉTODO SÍSMICO:
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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 ondas 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 nitroamonio. 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.
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 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 de la corriente circulante.
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 profundidad, a lo largo de un perfil. Lo primero se logra aumentando la distancia
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entre electrodos, con lo que se logra que la corriente penetre a mayor profundidad. Lo segundo se logra conservando la distancia constante y desplazando todo el equipo sobre la línea a explorar.
Las mayores resistividades corresponden a rocas duras, siguiendo rocas suaves, gravas compactas, etc. y teniendo los menos valores los suelos suaves saturados.
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 rocas; 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.
NUMERO, TIPO Y PROFUNDIDAD DE LOS SONDEOS
El número, tipo y profundidad de los sondeos que deban ejecutarse en un programa de exploración de suelos depende fundamentalmente del tipo de subsuelo y de la importancia de la obra. En ocasiones, se cuenta con estudios anteriores cercanos al lugar, que permite tener una idea siquiera aproximada de las condiciones del subsuelo y este conocimiento permite fijar el programa de exploración con mayor seguridad y eficacia. Otras veces, ese conocimiento apriorístico indispensable sobre las condiciones predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los sondeos de tipo preliminar. El número de estos sondeos exploratorios será el suficiente para dar precisamente ese conocimiento. En obras chicas posiblemente tales sondeos tendrán carácter definitivo, por lo que es conveniente realizarlos por los procedimientos más informativos, tales como la prueba de penetración estándar, por ejemplo.
Un punto que requiere especial cuidado es la determinación de la profundidad a que debe llevarse la exploración del suelo. Este aspecto fundamental, cuyas repercusiones pueden dejarse sentir en todas las fases del éxito o fracaso de una obra ingenieril, tanto técnicas como económicas, está también principalmente definido por las funciones e importancia de la obra y la naturaleza del subsuelo. En
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general, los puntos básicos que la mecánica de suelos debe cuidar en un caso dado se refieren a la posibilidad y cálculo de asentamientos y a determinaciones de resistencia de los suelos.
Para fines de cimentación, ha sido frecuente la recomendación práctica de explorar una profundidad comprendida entre 1,5B y 3B, siendo B el ancho de la estructura por cimentar.
Generalmente es suficiente detener la exploración al llegar a la roca basal, si ésta aparece en la profundidad estudiada; sin embargo, en casos especiales se hará necesario continuar el sondeo dentro de la roca por métodos rotatorios; por ejemplo, en cimentaciones de presas sería necesario verificar que la roca no presente condiciones peligrosas desde el punto de vista de infiltraciones de agua.
TABLA V.2 PROFUNDIDAD DE SONDAJES PARA EDIFICIOS DE 1 A 16 PISOS
3.- ENSAYOS DIERECTAMENTE “INSITU”
Para realizar un ensayo en sitio en una calicata, la excavación deberá realizarse considerando este hecho debido a que determinan la forma de excavación. Entre estos tipos de ensayes, que se realizan directamente en terreno, resaltan los siguientes:
Toma de densidades en sitio, este obliga a ir realizando los ensayos a medida que la excavación avanza, o bien es necesario ir dejando bancos intermedios.
Ensayes para suelos finos que se realizan con un "penetrómetro de bolsillo" y "veleta". Estos ensayes indican aproximadamente la resistencia a la compresión no confinada y la cohesión respectivamente. Los resultados obtenidos deben considerase como cualitativos y pueden ser correlacionados con valores obtenidos sobre muestras no perturbadas en laboratorio.
3.1 PROCEDIMIENTO DE TOMA DE MUESTRA
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3.1.1 MUESTRAS EN BOLSAS.
A. MUESTRAS INDIVIDUALES:
Cuando se investigan las condiciones de cimentación, hay que tomar muestras en bolsas de cada tipo diferente de suelo que se encuentre.
B. MUESTRAS COMPUESTAS:
El propósito de una muestra compuesta es obtener, para la investigación, una representación de todo el suelo del perfil, o el material contenido en un acopio o pila. Las muestras para ensayo se obtienen por cuarteo de muestras compuestas.
C. MUESTRAS PARA CONTENIDO DE HUMEDAD:
Tamaño: Muestras de hasta un mínimo de 10 g son suficientes para determinar el contenido de humedad natural de un suelo de grano fino. Para suelos gravosos estas muestras deben ser mucho mayores.
Recipientes: Los recipientes usados deben tener cierre hermético, y no necesitan sellado si el ensayo se hace antes de 24 h desde que se toma la muestra. Para el sellado se sugiere: envolver con cinta aislante las partes por donde pudieran escapar la humedad o pintar estas partes con parafina sólida.
3.1.2 MUESTRAS INALTERADAS
Para ensayos CBR con muestras inalteradas, un trozo de suelo con dimensión mínima de 7" (18 cm) es suficiente, pudiendo ser la muestra cúbica o cilíndrica. En otros ensayes se puede usar muestras más pequeñas. La superficie superior (S) e inferior (I) debe ser marcado claramente con las letras respectivas.
En cuanto a herramientas se deben elegir las más adecuada para cada tipo de suelo. Igualmente sucede con aquellos materiales que ayudan en la obtención de muestras inalteradas.
Las muestras sin perturbar deberán tomarse apenas estén excavadas las calicatas, en especial cuando se trate de suelos cuya estructura se ve afectada por los cambios de humedad. En todo caso, al tomar una muestra no perturbada, debe elegirse la pared de la calicata menos expuesta al sol y debe excavarse el espesor superficial que haya sido afectado por los cambios de humedad.
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Después de cortadas las muestras deben revestirse en una capa de parafina sólida aplicada con brocha, es conveniente agregar un 30% de cera virgen a la parafina sólida con el fin de que la muestra sea relativamente blanda, debe rodearse de grasa y recubrir una vez más con parafina sólida y cera. Una vez dado el tratamiento anterior se debe colocar en cajas de madera con aserrín u otro producto que actúe como amortiguador de golpes.
No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje adecuado de las muestras, de que el grado de perturbación que se le ocasione a una muestra no perturbada es irrecuperable y conlleva a resultados erróneos.
TROZO- MUESTRA:
El tipo más sencillo de muestra inalterada se obtiene cortando un trozo del tamaño deseado, y cubriéndolo para evitar pérdidas de humedad y roturas. Este método se puede usar en suelos que no se deformen, rompan o desmoronen cuando se cortan.
MUESTRAS CILÍNDRICAS:
En suelos blandos de granos finos, se pueden tomar directamente muestras cilíndricas, para el CBR con muestra inalterada o para la determinación de la densidad, usando en anillo toma muestras. Las muestras cilíndricas se pueden obtener también con un tarro de hojalata corriente, un pequeño trozo de tubo o con cualquier otro recipiente metálico. Para otros suelos, es mejor usar un molde que divida en sentido longitudinal.
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4.- CONCLUSIONES
Es importante que la muestra de suelos sea representativa del terreno que se desea evaluar. Los análisis de suelos en el laboratorio se hacen siguiendo metodologías bastante detalladas y con técnicas analíticas cada vez más exactas y precisas así que la fuente de error más grande se halla en el muestreo.
Todos los suelos son variables: sus propiedades cambian, horizontalmente, de manera transversal al paisaje y, verticalmente, más abajo del perfil del suelo. El suelo deberá dividirse en clases lo más homogéneas posible.
Los métodos seleccionados para el muestreo de suelos emplean herramientas básicas como las palas, dragas, dispositivos de barreno o sondas, zanjas…
Los dispositivos de muestreo de suelo deben escogerse luego de considerar la profundidad de la muestra a tomarse, las características del suelo, el contenido de humedad, la textura, etc., y la naturaleza del análisis de interés (orgánico o inorgánico, volátil o no volátil).
Las muestras deben preservarse y almacenarse perfectamente etiquetadas para un posterior procesamiento de datos y control de calidad. La garantía de calidad significa asegurar la precisión y exactitud de los datos de muestreo, mientras que el control de calidad se refiere a la aplicación rutinaria de los procedimientos para controlar los procesos de medición.
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5.- BIBLIOGRAFIA
Porta, J; López-Acevedo, Marta; Roquero, Carlos: “Edafología para la agricultura y el mediO ambiente”, Ed. Mundiprensa, 3ª edición, 2003, págs. 629.
Gisbert, J.M; Ibáñez, Sara; “Génesis de Suelos” Ed. Universidad Politécnica de Valencia, 2001, págs. 222
FAO; “Base referencial mundial del recurso suelo”, Ed. FAO, ISRIC y SICS, 1999, págs. 90.
FAO; “Guía de descripción de perfiles” Libro de mecánica de suelos “Juárez Badillo” Toma de muestras de suelos para cimentaciones
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