Pruebas geotécnicas de campo

Plataforma de perforación nivelada

Prepare los sitios de perforación antes de la llegada del equipo de perforación. Tenga en cuenta que el kelly y el mástil del equipo de perforación están fijados a la plataforma del camión y no pueden oscilar.

Nivele la plataforma de la camioneta perforadora para perforar un agujero vertical. El camión a menudo está equipado con gatos hidráulicos que levantan el camión del suelo para adaptarse a terrenos irregulares. Si el sitio de perforación propuesto tiene pendientes más pronunciadas que 1 pie, prepare una plataforma de trabajo de 16 pies de ancho por 70 pies de largo para nivelar la plataforma y proporcionar un espacio de trabajo seguro para la tripulación.

Por razones de seguridad, la tripulación no puede usar bloques debajo de los gatos para acomodar ángulos de pendiente más grandes. La bandeja de barro debe estar nivelada o ligeramente cuesta abajo.

Antes de un trabajo extenso en el sitio, consulte con el equipo de perforación que realiza el trabajo para obtener instrucciones específicas. La siguiente figura detalla los requisitos del sitio de perforación.

Despeje aéreo

Los gastos generales deben estar libres de obstrucciones, incluidas las siguientes:

• Los árboles no pueden bloquear la elevación del mástil.
• Puede ser peligroso trabajar dentro de una proximidad de 25 a 35 pies de una línea eléctrica aérea, dependiendo del voltaje. Si debe trabajar más cerca, comuníquese con la compañía eléctrica para cortar la energía o instalar botas de seguridad aislantes.

Ubicaciones subterráneas de servicios públicos

Debe conocer la ubicación exacta de los servicios públicos subterráneos, incluidos los siguientes:

• Líneas de gas de alta presión.
• Líneas de agua.
• Alcantarillado y líneas de tormenta.
• Conductos y cables eléctricos y telefónicos.

Antes de la perforación, el equipo debe realizar un reconocimiento del sitio para inspeccionar las ubicaciones propuestas, reconocer los servicios públicos marcados y hacer recomendaciones mientras están en el sitio, si es necesario. A menudo es posible perforar perforaciones fáciles mientras se preparan ubicaciones más desafiantes. Notifique al ingeniero contratado si la reubicación de una perforación es significativa.

Acceso

Asegure el permiso para ingresar a la propiedad privada antes de perforar.

Trabajos de barcaza

Cuando un puente propuesto cruza grandes masas de agua, se utilizan equipos de perforación en barcazas para obtener información del subsuelo para el diseño de cimientos. El trabajo de barcaza es complejo y costoso, por lo que la coordinación con el equipo de perforación y el contratista debe comenzar mucho antes del inicio del trabajo de campo.

Muestreador de barril seco o de pared simple

Utilice el muestreador de barril seco (pared única) para obtener muestras de núcleo para la clasificación visual del suelo y el lecho rocoso y la tala. La muestra del núcleo obtenida generalmente se encuentra en una condición alterada debido a la presión aplicada al cortar el núcleo y empaquetarlo en el barril para su recuperación. El núcleo se extrae del barril por presión de agua.

Cuando se utiliza para el muestreo en prácticamente todos los materiales de cimentación, excepto arcilla muy blanda (lodo) y arena sin cohesión, el muestreador de barril seco obtiene una muestra que contiene todos los componentes de la formación original. La cantidad y el grado de perturbación dependen de la consistencia y densidad del material.

Aunque este método se llama el método de barril seco, a menudo se usa agua circulante. En formaciones duras, un volumen más pequeño de agua circula mientras se corta el núcleo.

Barril de núcleo de diamante

Utilice barriles de núcleo de diamante para obtener muestras de roca intactas para pruebas de campo o de laboratorio y clasificación. El muestreador de barril de diamante tiene un barril interior y exterior. El cañón interior está ligeramente sobredimensionado con un retenedor de núcleo con resorte en la parte inferior.

Muestreador de barril de empuje o tubo shelby

Utilice el muestreador de barril de empuje (es decir, el muestreador de tubo Shelby) para obtener muestras de suelo relativamente inalteradas para pruebas de campo y laboratorio y clasificación de suelos. El dispositivo consiste en un tubo de pared delgada de 24 a 36 pulgadas de largo con un extremo afilado a un filo de corte y el otro extremo reforzado y diseñado para una fácil fijación al acoplamiento del vástago de perforación.

El tubo de paredes delgadas se empuja constantemente hacia la formación con la extracción hidráulica del equipo de perforación. Este muestreador recupera buenas muestras no perturbadas donde es adaptable, pero su utilidad se limita a materiales en los que puede ser forzado y que tienen suficiente cohesión para permanecer en el barril mientras el muestreador se retira del agujero.

Utilice el dispositivo de la siguiente manera en los pasos siguientes:

1. Forzar el muestreador en formación con un empuje lento y constante a aproximadamente 12 a 24 pulgadas de profundidad.
2. Gire el muestreador varias vueltas para cortar el núcleo en la parte inferior antes de retirarlo.
   
3. Lleve el barril de empuje a la superficie.
   
4. Separe el cañón del acoplamiento.
   
5. Monte el barril en la extrusora de muestreo hidráulico.
   
6. Extruir núcleo.
7. Corte el núcleo en longitudes de al menos 6 pulgadas y colóquelo en plástico delgado, como una bolsa de almacenamiento de alimentos, para retener el contenido de humedad. Una mejor práctica podría ser envolver primero la muestra en papel de aluminio y luego colocarla en una bolsa de almacenamiento de alimentos.
8. Coloque las muestras en una caja de cartón para transportarlas al laboratorio para su análisis.

Para muestras de suelo blando, la perturbación de la muestra puede ser un problema durante el transporte al lugar de prueba. Para garantizar una perturbación mínima, apoye muestras blandas en sus cajas. La arena fina y seca vertida alrededor de la muestra en el cartón proporciona un excelente soporte durante el transporte.

Almacene las muestras que no se analizan inmediatamente en interiores, preferiblemente en una habitación húmeda con temperatura ambiente.

Muestreo de lavado o cola de pescado

De los muchos métodos para penetrar el suelo de sobrecarga, considere solo aquellos que ofrecen una oportunidad para muestrear y probar los materiales de cimentación sin perturbaciones excesivas.

No utilice muestras de lavado o perforación de cola de pez a menos que sea absolutamente necesario. Los intentos de clasificar los materiales del suelo observando el agua de lavado pueden llevar a conclusiones erróneas sobre la penetración del suelo subterráneo.

Prueba de penetración del cono de Texas (TCP)

Consulte Tex-132-E en el manual de procedimientos de prueba de 100-E, suelos y agregados. 

Prueba de penetración estándar (SPT)

El SPT utiliza un muestreador de cuchara dividida de 2 pulgadas de diámetro impulsado con un martillo de 140 libras a una caída de 30 pulgadas. La prueba se describe en el procedimiento ASTM D 1586. Si se va a utilizar el peso del martillo TCP (170 libras) y la altura de caída (24 pulgadas) para un SPT modificado, indíquelo en las notas y registros de perforación.

Esta prueba SPT se recomienda principalmente para suelos granulares, pero se ha utilizado en suelos cohesivos muy duros. No se puede usar en roca.

Se correlaciona aproximadamente con la prueba TCP de la siguiente manera:

• Arcilla: ntcp = 1.5 nspt
• Arena: Ntcp = 2 Nspt

Las correlaciones de prueba presentadas aquí son solo para la evaluación aproximada de la adecuación del diseño de fuentes externas y no para el trabajo normal de diseño de cimientos.

Pozos de observación y piezómetros

Los pozos de observación y los piezómetros se utilizan para medir los niveles de agua subterránea. Los pozos de observación son esencialmente pozos de agua y a veces se bombean para determinar la permeabilidad del suelo para predecir los volúmenes de filtración en las excavaciones. Los piezómetros pueden ser instrumentos que miden la elevación del agua subterránea.

Para observaciones a corto plazo de los niveles de agua, deje los pozos del núcleo de exploración abiertos durante varias horas o varios días para monitorear el nivel del agua subterránea y anotar la profundidad del agua en el agujero. Cubra el agujero para proteger a las personas o al ganado de lesiones. Tenga en cuenta que los orificios de núcleo abierto serán susceptibles a la intrusión de la escorrentía superficial.

Para observaciones a largo plazo, instale pozos de observación o piezómetros. Los pozos de observación son más útiles cuando las condiciones del agua subterránea son bastante estables y en suelos o rocas relativamente porosas. Son fáciles de instalar y leer, sin embargo, deben colocarse en un lugar donde se pueda acceder a la parte superior del pozo. Los piezómetros son útiles cuando el acceso es difícil, ya que pueden leerse de forma remota. Los piezómetros también son más sensibles a los cambios de agua subterránea en suelos de grano fino. Hay muchos tipos de piezómetros disponibles, cada uno con ventajas y desventajas. Consulte con el diseñador sobre la selección e instalación de piezómetros.

Por lo general, los piezómetros se utilizan para evaluar los niveles de agua subterránea en futuras secciones deprimidas de la carretera y medir los efectos del agua subterránea en la estabilidad de la pendiente:

• Futuras secciones de carreteras deprimidas: La construcción y el rendimiento a largo plazo de secciones de carreteras deprimidas pueden verse afectadas negativamente por el agua subterránea. La instalación final puede necesitar características especiales de drenaje para controlar las entradas de agua y proporcionar una sección de pavimento estable.
• Estabilidad de taludes: El agua subterránea afecta la estabilidad de las pendientes al reducir las tensiones efectivas en el suelo a través de la flotabilidad. Esto se aplica tanto a la estabilidad de la pendiente lateral como a la capacidad portante de terraplenes y muros de contención.

Pasos:

1. Perfore el agujero sin agua si es posible. Si no es posible, perfore con agua clara. Si la estabilidad del agujero sigue siendo un problema, agregue pequeñas cantidades de lodo de perforación al agua.  
2. Coloque el pozo de observación ensamblado en el agujero. Use una pantalla ranurada o perfore agujeros en una sección de la tubería y luego envuélvalos con tela de filtro. Las secciones superiores de la tubería no están perforadas. 
3. Coloque medios granulares permeables en el espacio anular entre la tubería y la pared del orificio del núcleo en todos menos en los 5 a 10 pies superiores del agujero. Use una arena bastante gruesa o grava de guisantes para permitir una fácil colocación a través del agua.
4. Selle la parte superior restante del orificio con lechada o gránulos de bentonita para evitar la infiltración de flujo superficial. Cuando use pellets de bentonita en un agujero seco, vierta varios galones de agua sobre los gránulos durante 10-15 minutos para comenzar a expandir los gránulos para sellar el agujero.
5. Termine el pozo de tal manera que no sea un peligro para el público. Por lo general, una cubierta de montaje al ras cuando se encuentra en la carretera o cuando se crea una plataforma de concreto en la superficie, o una cubierta adhesiva cuando está lejos de las carreteras. Use una cubierta de bloqueo si es posible el vandalismo o la manipulación.

Tome una lectura inmediatamente y semanalmente a partir de entonces hasta que el nivel del agua se estabilice. Las lecturas mensuales a partir de entonces son normalmente suficientes a menos que el sitio exhiba grandes fluctuaciones en las lecturas.

Inclinómetros

Los inclinómetros miden los movimientos horizontales dentro de una masa de suelo a lo largo del tiempo. El inclinómetro es un dispositivo sensible que mide las desviaciones de la vertical. Registre estas desviaciones a intervalos periódicos a lo largo de una carcasa especial con lechada en un orificio para determinar la desviación horizontal de la carcasa desde la parte inferior de la carcasa hasta la parte superior.

La aplicación más común es para monitorear fallas de pendiente o muro de contención para determinar la profundidad del plano de falla y el movimiento posterior. Instale la carcasa del inclinómetro en varios puntos dentro y adyacentes a la falla, y use la información de los inclinómetros en los análisis de estabilidad. La parte inferior de la carcasa del inclinómetro debe extenderse muy por debajo del plano de falla para mayor eficiencia.

Tome un conjunto inicial de lecturas inmediatamente después de la instalación de la carcasa para establecer la lectura de referencia. Compare todas las lecturas posteriores con la línea de base para determinar la dirección y la cantidad de movimiento. Base la frecuencia de las lecturas en la tasa de fallo de la pendiente o muro de contención.

La instalación de la carcasa, el funcionamiento del inclinómetro y la reducción de datos es bastante complicada. Consulte a los ingenieros geotécnicos de la División de Puentes de TxDOT si se requieren mediciones del inclinómetro.

Clasificación del lecho rocoso

• Ígneo - granito, basalto
• Metamórfico - gneis, esquisto, pizarra, mármol
• Sedimentario: Clastico - esquisto (arcilla), limolita, arenisca, brecha, conglomerado, piedra caliza, piedra caliza glauconita, dolomita, lignito
• Sedimentario: No clástico - chert, depósitos de hierro, yeso, halita, turba, carbón

Clasificación del suelo

• Cohesivo - Arcilla (CH/CL/CL-ML )
• Sin cohesión - limo (ML), arena (SC/SW/SP/SM/SP-SM/SC-SM), grava (GW/GP/GC/GM/GP-GM/GP-GC )