Muestras y pruebas preliminares al sitio de construcción
La exploración del subsuelo es de primordial importancia para los diseñadores en la recopilación de información para el diseño de los cimientos de la construcción. Si no se investigan adecuadamente las condiciones del subsuelo antes de que comience la construcción, pueden producirse fallas estructurales que, en una fecha posterior, pueden ser muy costosas de remediar.
El propósito de la exploración subsuperficial es principalmente establecer tres cosas:
- Obtener muestras a varias profundidades debajo de la superficie con el propósito de evaluación de laboratorio para establecer las características estructurales del suelo.
- determinar la variación del suelo (perfil del suelo) que existe en el sitio.
- determinar la profundidad a la que se encuentra el agua libre, es decir, la ubicación de la capa freática.
Normalmente se utiliza maquinaria para perforar los pozos de prueba de los que se obtienen muestras de suelo utilizando herramientas especiales de muestreo. Los dos más comunes son el muestreador de cuchara dividida para las pruebas de caracterización del suelo y el tubo Shelby para muestras relativamente tranquilas.
La muestra de cuchara dividida también se usa para determinar la prueba de penetración estándar (SPT) o el valor "N" del suelo para estimar sus características estructurales.
El tubo Shelby es un cilindro de paredes delgadas que se presiona hacia abajo en el suelo en el fondo del hoyo de prueba y luego se eleva con un núcleo de tierra adentro.
El muestreador de cuchara dividida se usa para probar la condición del suelo en el fondo del hoyo de prueba y para extraer una muestra de suelo para la prueba. Al usar un peso estándar para clavar la cuchara en el suelo y contar el número de golpes necesarios para clavar la cuchara en el suelo a una distancia predeterminada (generalmente un total de 18 pulg. en tres 6 pulg. incrementos), se puede establecer una indicación de la capacidad de soporte del suelo.
Hay otros métodos disponibles para su uso en la evaluación de las condiciones del subsuelo, y el adoptado en cualquier caso particular depende de los requisitos del proyecto. En algunos casos, se puede tomar un enfoque complementario en el que se pueden usar dos o más métodos para obtener un mejor análisis de las condiciones del suelo en el sitio. Estos métodos incluyen el uso de:
- Sinfines
- Pozos de prueba
- Perforaciones de lavado
- Perforaciones en rocas
- Instrumentos geofísicos
- Registro de agujeros cruzados
El sinfin
Un sinfín manual es útil para extraer muestras de profundidades relativamente poco profundas en suelos que son lo suficientemente cohesivos para ser retenidos en la herramienta mientras se eleva a la superficie.
Consiste en un cilindro, generalmente de 2 pulgadas o 3 pulgadas de diámetro, con labios cortantes en el extremo inferior. Está conectado por acoplamientos ordinarios a una serie de secciones de tubería. A medida que se gira el sinfín, las capas de tierra se despegan y se fuerzan hacia el cilindro del sinfín. Cuando el cilindro está lleno, el sinfín se lleva a la superficie, se vacía, se limpia y se devuelve.
Pozos de prueba
Es probablemente el mejor método para examinar el suelo cercano a la superficie y debajo de la superficie porque es posible, mediante este método, examinar las capas de la tierra exactamente como existen. Además, las condiciones de humedad del suelo son evidentes y se pueden realizar pruebas de carga a cualquier profundidad deseada. Este método es relativamente costoso, pero la profundidad a la que se puede realizar el examen es limitada.
Perforaciones de lavado
El método de lavado aburrido requiere el uso de agua; Como resultado, las perforaciones tienen forma de lodo. Cualquier muestra dada puede ser una mezcla de dos o más capas de suelo. Por lo tanto, un estrato particular puede no detectarse en absoluto.
El equipo para la perforación de lavado consiste en una carcasa externa, dentro de la cual hay una barra de perforación hueca con una broca de corte transversal. El aburrimiento se realiza levantando, bajando y girando la varilla mientras el agua se empuja hacia abajo y hacia afuera a través de los puertos a los lados de la broca. El material suelto es forzado hacia arriba entre la barra de perforación y la carcasa exterior por la presión del agua y se lava a través de un tamiz para poder evaluar los tipos generales de suelo.
Perforación de rocas
Se pueden emplear varios sistemas para perforar rocas. Entre ellos se encuentran la perforación con diamante, la perforación por disparo y la perforación con rotación.
Un taladro de diamante consiste en una broca tachonada de diamante unida a un barril central. El barril está a su vez conectado a una barra de perforación montada en una plataforma. Se gira la varilla de perforación y se fuerza el agua hacia abajo a través de la varilla hueca para enfriar la broca y llevar los recortes de perforación a la superficie. La broca corta un surco circular, y el núcleo es forzado hacia arriba dentro del núcleo. Cuando tiene la longitud deseada, el núcleo se rompe con un dispositivo especial y se lleva a la superficie para su inspección.
La perforación por disparo es similar a la perforación con diamante excepto por la broca. Consiste en una broca circular, hueca, de acero duro con una ranura alrededor del borde inferior para permitir la circulación del disparo. Un flujo de granalla de acero enfriado se alimenta a través de la barra de perforación a la broca; A medida que la broca gira, el disparo corta la roca y forma un núcleo, que es forzado hacia el barril del núcleo. Se pueden tomar núcleos de hasta 72 pulg. de diámetro con una broca de disparo.
Instrumentos geofisicos
Se utilizan dos tipos comunes de instrumentos geofísicos para la investigación y exploración del subsuelo superficial de 100 pies:
- Sismógrafos de refracción
- Unidades de resistividad eléctrica a tierra.
Las técnicas involucradas han sido conocidas y utilizadas con éxito durante muchos años para la exploración profunda en las industrias de petróleo y minerales. También se pueden utilizar otros métodos, como técnicas radiográficas y de ultrasonidos de baja frecuencia. La teoría de la refracción sísmica se basa en el hecho de que las ondas de choque viajan a velocidades particulares y bien definidas a través de materiales de varias densidades. Cuanto más denso es el material, mayor es la velocidad.
Las velocidades pueden variar desde tan solo 600 pies/seg en suelo superior seco y ligero hasta 20,000 pies/seg en granito no sazonado. Si se conoce la velocidad de la onda de choque, se puede determinar con precisión el tipo, la dureza y la profundidad del estrato responsable de la onda refractada
Registro de agujeros cruzados
El registro de agujeros cruzados es un método geofísico que proporciona registros de suelo entre pozos. Las velocidades de las ondas sísmicas se utilizan para determinar las propiedades de ingeniería de suelos y rocas para su uso en aplicaciones de diseño de ingeniería.
Este método también puede localizar fracturas de rocas, cavidades y continuidad del suelo. La ventaja real de este método es que proporciona un perfil de suelo casi continuo para la profundidad del pozo sin perder ninguna resolución. También se puede usar en una situación de pozo único.
