METODOS DE EXPLORACION DE CARÁCTER PRELIMINAR Pozos a cielo abierto o calicatas: Cuando este método sea practicable debe cons conside iderá rárs rsel elee como como el más más satis satisfa facto ctorio rio para para cono conoce cerr las las cond condic icion iones es del 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 t écnico conocedor. En esto estoss pozos ozos se pued pueden en toma tomarr mues muestr tras as alte altera rada dass o inal inalte tera rada dass de los los diferentes estratos que se hayan encontrado. En estos estos sondeo sondeoss explor explorato atorio rioss la muest muestra ra de suelo suelo obteni obtenida da es comple completam tament entee alterada, pero suele ser representativa del suelo en lo referente a contenido de agua, por lo menos en suelo muy plástico. - Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o métodos similares:
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 d e tipos.
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.Estoy invitando a todos los maestros y profesionales de esta area y/o carrera a colaborar construyendo este sitio dedicado a esta hermosa y util profesion aportando el material apropiado a cada uno de los mas de 1,000 temas que lo componen.
Presentación de los datos de perforación
Los resultados de las operaciones de perforación se presentan en estadillos juntos con los datos de la testificación geotécnica realizada en los testigos. La testificación geotécnica consiste en la descripción geológico-geotécnica de los testigos y muestras obtenidas en los sondeos (Foto No 3), así como de los datos de la perforación. Esta tarea debe ser llevada a cabo por un especialista en ingeniería geológica que controle el proceso de perforación y estudie detalladamente los testigos obtenidos en los sondeos.
En la descripción del proceso de perforación se debe registrar los siguientes Datos: - Básicos: proyecto, nombre y número de referencia, localización, número de sondeo, coordenadas, inclinación y orientación, fecha, contratista, supervisor y sondista. - Método de perforación: máquina, tipo de perforación, diámetro, características de los útiles de perforación, tipos de lodos (si se emplearan), tipo de circulación (directa o inversa) y otras características técnicas. - Progreso de perforación: maniobras, metros de avance, velocidad de avance, resistencia al avance, recuperación, pérdidas y filtraciones de fluidos, inestabilidades de las paredes, averías, niveles freáticos, número de golpes para la hinca del tomamuestras, ensayos realizados. La testificación geológica-geotécnica consiste en el registro y descripción de los testigos obtenidos de la perforación en sondeos mecánicos. Los testigos deben colocarse y conservarse en cajas de madera o cartón parafinado, etiquetadas, señalándose con tablillas las cotas en las que se produceun cambio litológico o aparece alguna estructura de importancia (falla, fractura, hueco, etc.). Los espacios vacíos correspondientes a las muestras extraídas, deben acotarse e indicarse sus características (muestras inalteradas, testigo parafinados, SPT, etc.).
Foto No 3. Caja portatestigos de sondeo geotécnico en suelos en Miramar (León, Nicaragua). Foto T. Obando La descripción geológica- geotécnica de los testigos puede realizarse de forma simultanea a la perforación o justo a continuación, no debiendo retrasarse, ya que determinados tipos de materiales sufren alteraciones que modifican sus propiedades (como la pérdida de humedad en los suelos). El procedimiento a seguir es el siguiente:
Foto No 4. Caja porta testigos de sondeo geotécnico en rocas de Miramar (León, Nicaragua). (Foto T.Obando) - Descripción sistemática: naturaleza y composición de visu, litología, tamaño de grano, color, textura, grado de meteorización, consistencia y resistencia a la penetración con penetrómetro de bolsillo (en suelos), etc. - En materiales rocosos: descripción de discontinuidades (tipo, espaciado, rugosidad, rellenos), porcentaje de recuperación de testigos. - Índice RQD e índice N30 que representa el número de fracturas por cada 30 cm de testigo. - Datos de los ensayos realizados en interior del sondeo. - Fotografías de las cajas, realizadas de forma que sea claramente identificables las tablillas separadoras con sus cotas, colores, texturas, fracturas de los testigos, así como el número de la caja y las profundidades perforadas. Además deben registrarse los siguientes datos: - Profundidad y tipo de las muestras obtenidas - Profundidad del nivel freático.
Nuevas técnicas en perforación del terreno Los sistemas de alta frecuencia de SonicSampDrill y la instrumentación de Partnermb protagonizaron la jornada de presentación a cargo de Asistemaq, celebrada a mediados de mayo y organizada por el Colegio Oficial de Geólogos de Cataluña en la sede del Colegio de Ingenieros Técnicos de Barcelona. Esther Güell
Francisco Ruiz y Antonio Laqué, comerciales de la empresa y buenos conocedores de los equipos presentados, fueron los responsables de mostrar a los asistentes las principales características y oportunidades de aplicación de los diferentes productos. Se trata en definitiva de equipos de asistencia especialmente útiles en trabajos de perforación y estudio del terreno, idóneos para realizar estudios geotérmicos allí donde se deseen realizar perforaciones para estructuras, por ejemplo. Y precisamente para este mercado, en Asistemaq cuentan con maquinaria y útiles especialmente diseñados para realizar las perforaciones, de la manera más óptima posible: se trata de los equipos SonicSampDrill, equipos de perforación por alta frecuencia. De tecnología holandesa, su desarrollo responde a una necesidad de perforación de Shell en Holanda. Fue entonces cuando se creó el primer cabezal SonicSampDrill. Concretamente en 1997, aunque rápidamente se implantó en un gran número de países de los diferentes continentes. Clientes, ingenieros y geotécnicos asistieron a la presentación de los equipos de perforación y sistemas de control de maquinaria. Un poco de historia... En el año 1997, la empresa holandesa Shell se puso en contacto con Fons Eijkelkamp, con el objetivo de desarrollar un sistema de perforación rápido y eficiente, con un rendimiento superior al de los sistemas existentes en el mercado. Fons Eijkelkamp, su hijo Huug, y dos técnicos más, diseñaron y construyeron la primera cabeza de SonicSampDrill. Tras esta primera experiencia, la empresa inició su actividad en Holanda el 1 de enero de 2006. En la actualidad, además de su presencia en Holanda, SonicSampDrill está representada en los diferentes países como España; Francia; Dinamarca; Reino Unido, Irlanda; EE UU, Canadá y México; Israel; Rusia; Kazakhstan y Kyrgyzstan; Australia y Nueva Zelanda; Sudáfrica, Lesoto, Suazilandia, Namibia, Botswana, Zimbawe, Angola y la República Democrática del Congo.
La perforación de alta frecuencia
La perforación con el sistema SonicSampDrill es una técnica única, desarrollada recientemente, que utiliza vibración de alta frecuencia, entre 150- 180 Hz, para perforar el terreno. El empleo de esta alta frecuencia lleva al terreno a licuefacción, y resulta en una elevada velocidad de perforación del mismo. En general, no hay proyección de los detritus por la boca de la perforación. El corazón del sistema SonicSampDrill se compone de uno o varios conjuntos de dos excéntricas, alimentadas por motores hidráulicos de alta velocidad, sincronizadas, y que giran rotando a una elevada velocidad.
SonicSampDrill utiliza una técnica única, desarrollada recientemente, por vibración de alta frecuencia, entre 150- 180 Hz, para perforar el terreno.
Las vibraciones de alta frecuencia se transfieren de la cabeza Sonic al varillaje de perforación. Esta transferencia de energía tiene como resultado la fluidificación de una fina película de terreno en contacto con la maniobra de perforación, las puntas perdidas, o el toma muestras. Este proceso disminuye, en gran medida, el
rozamiento, y resulta en rendimientos de perforación muy altos, en todo tipo de terrenos y condiciones hidrogeológicas, tanto en avance como en retirada. Y adicionalmente al principio de licuefacción, en la perforación con Sonic se aplica también la Ley de la Inercia: debido a la alta velocidad a que la tubería se mueve arriba y abajo, los terrenos “simplemente no tienen tiempo de pegarse a ella, reduciéndose la fricción significativamente e incrementándose, a su vez, la capacidad de profundizar en el terreno”. Se trata de un sistema que no requiere ni agua ni aire... “bueno, un poco sí" – puntualizaba Antonio Laqué- "pero a niveles muy inferiores respecto a los equipos convencionales, con lo que el uso de energía, el combustible necesario y los detritus también se reducen considerablemente". Todo ello se traduce, por lo tanto, en una reducción de los costes. Las cabezas SonicSampDrill se pueden utilizar en cualquier perforación pero su rentabilidad depende del modelo elegido y el terreno a perforar Tipo de cabezales La cabeza de perforación de Sonic cuenta consta de dos o más pesas excéntricas, sincronizadas y alimentadas mediante motores hidráulicos de alta velocidad. Esta cabeza va montada en bloques aislantes, sobredimensionados, para concentrar la energía en la maniobra de perforación. El movimiento de los pesos excéntricos pone a la tubería en vibración vertical: con poca fuerza de empuje o de tiro, se puede avanzar o retroceder con la tubería. Actualmente existen cuatro tipo de cabezales, indicados para diferentes necesidades de perforación y terrenos a trabajar: •
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CompacSonic: un cabezal “justo para los terrenos de España”, adecuado para terrenos de tipo ‘blando/medio’. “Es el que se utiliza en las demostraciones que la empresa realiza en Holanda”. Trabaja por rotación o vibración y, con un diámetro máximo de 125 milímetros, alcanza una profundidad de trabajo de 30 metros. No incluye cargador de varillaje y su fuerza de vibración es de 10 toneladas. CompacRotoSonic: son dimensión algo mayor. En este caso trabaja por rotación y vibración. El diámetro máximo es de 125 milímetros y la profundidad de trabajo de 50 metros, con una fuerza de vibración de 10 toneladas. Indicado para todo tipo de formaciones, no incluye cargador de varillaje. MidSonic: estas cabezas son idóneas para trabajos de geotécnica y cimentación, al igual que los dos modelos anteriores. Con un diámetro máximo de 128 milímetros, alcanza una profundidad de trabajo de 100 metros. Indicado también para todo tipo de formaciones, en este caso sí
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incluye cargador de varillaje. Trabaja por rotación y vibración, con una fuerza de vibración de 20 toneladas. LargeSonic: cabezales más indicados para trabajos de geotermia, “con este sistema se recomienda el cargador automático de varillaje”. Es el modelo de mayores dimensiones, con un diámetro máximo de 300 milímetros, una profundidad de trabajo de 200 metros y una fuerza de vibración de 35 toneladas. Adecuado para todo tipo de terrenos, también incluye varillaje y trabaja por rotación y vibración.
Estas cabezas se pueden instalar en todas las máquinas que proporcionan fuerza hidráulica (bien puede ser una máquina tractora que la empresa ya tenga, bien se pueden adquirir el conjunto completo). Luque resaltaba sin embargo la importancia de utilizar siempre varillaje de la empresa: “es especial, deber ser el de la empresa, y no sirven los de tipo estándar. Además, su considerable peso ha hecho que el fabricante haya diseñado la cabeza de modo que pueda bascularse para realizar el cambio más fácilmente”.
Los asistentes pudieron ver ‘in situ’ partes de los equipos de perforación SonicSampDrill. La toma de muestras
Existen tres sistemas para sacar muestras con SonicSampDrill, por tubería ‘testigüera’ tradicional (como siempre), y mediante el sistema Aqualock, un método exclusivo de SonicSampDrill para terrenos consolidados (no sirve para roca), con o sin presencia de agua. “Con este sistema la toma de muestra es excelente. Además, es muy rápido: para una toma de muestra de 22-24 metros de profundidad, se tarda unos 15 minutos aproximadamente).
Otra ventaja es que en la mayoría de los casos no necesita de una perforación anterior y la muestra obtenida es larga y sin compactar, tanto en terrenos saturados como no saturados”. La tubería que recoge las muestras está equipada con un pistón especial que sella el tomamuestras hasta que se alcanza la profundidad deseada. A continuación, la válvula en la cabeza de la tubería tomamuestras se abre, y se recoge la muestra a la vez que se empuja toda la maniobra de perforación. El porcentaje de recuperación de la muestra se sitúa entre el 90 y el 100%. Entre otras características cabe también destacar que para material granular o para fangos se puede montar una cabeza de recogida de muestras para la retirada del material con vibración. Por otra parte, su utilización es simple y de fácil mantenimiento: el pistón empuja a la muestra hacia el exterior con agua a presión, y a su vez se sitúa en la cabeza de corte para su próximo uso.
El sistema de toma de muestras AquaLock es la herramienta de SonicSampDrill para muestrear suelos no consolidados, con o sin presencia de agua en el terreno. Asistemaq 3BYF, SL, especialistas en reparación, alquiler y venta de maquinaria Fundada en 1997, la empresa se dedica en exclusiva al sector de la perforación del terreno: sondeos, geotecnia, cimentación especial, pozos, geotermia, etc. Sus áreas de actividad son la reparación, el alquiler y la venta de maquinaria, en toda la Península Ibérica.
Con 360 metros cuadrados de instalaciones, pueden realizar todo tipo de reparaciones hidráulicas, neumáticas, mecánicas y eléctricas. En las secciones de mecanizado, rectificado y soldadura además construyen cualquier pieza o adaptador de rosca que se precise ‘just in time’. Son especialistas en montajes de sistemas de control de parámetros de ejecución de unidades de obra y control de mantenimiento, en tiempo real, así como la puesta a punto pre-ITV. Asimismo, y gracias a su experiencia, se ven capacitados para ofrecer un solución global que va desde el cálculo y seguimiento de la ejecución de la obra, el alquiler/venta de los equipos, la venta del material consumible, y la formación y el asesoramiento a su maquinista. Instrumentación para ingeniería civil
Asistemaq presentó también los productos de Partnermb, empresa checa representada por Asistemaq en la Península Ibérica dedicada al diseño, producción y puesta en marcha de equipos para controlar en tiempo real y, en remoto, maquinaria y tecnología del sector de las cimentaciones especiales, y de la obra pública. Se trata de GCom, un equipo para control en remoto de máquinas y tecnología, en tiempo real; y Track, que permite el control en tiempo real, y en remoto, de ejecución de unidades de obra. Ambos productos controlan la maquinaria que está operativa, prueban que el trabajo se está realizando, la calidad del mismo y la cantidad de tareas realizadas. Concretamente, el equipo GCom está pensado para el control, en tiempo real y en remoto, de maquinaria y otras operaciones. Está equipado con un módulo GPRS y una tarjeta SIM. Estos elementos le permiten estar conectado al ordenador de las oficinas, a la base de datos propia GWIN, y a Internet. Normalmente, se utiliza para conocer las condiciones en las que están trabajando los equipos de obra, los vehículos de una flota, controlando, entre otros, los siguientes parámetros: • • • • • • • •
Posición de una máquina. Medidor de horas. Revoluciones del motor. Consumo de gasóleo instantáneo y total. Presión de los lubricantes. Voltaje de la batería. Niveles de aceite en el motor. Parada de seguridad de la máquina.
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Control del uso no autorizado de la máquina.
Gcom se utiliza normalmente para conocer las condiciones de trabajo de los equipos de obra o los vehículos de una flota.
En cuanto a Track, es un equipo de control de tecnología, pequeño y de gran capacidad. Está diseñado para operar en condiciones de obra. Principalmente, se utiliza para controlar y programar, en tiempo real y en remoto, la ejecución de unidades de obra de cimentaciones especiales: • • • • • •
Perforación de pequeño diámetro. Inyecciones de lechada de cemento y de mortero. Inyecciones de compensación. Jet Grouting. Pilotes de barrena continua. Hinca de pilotes y tablestacas, con y sin vibración.
Track puede almacenar hasta 19 tipos distintos de programas de control. De este modo, se puede utilizar un día para controlar una unidad de obra, y al día siguiente para controlar otra unidad de obra distinta, en un lugar diferente del de ayer.
El Track permite controlar y programar unidades de obra de cimentación especial, por ejemplo.
