viernes, 3 de diciembre de 2010

b) Investigación in situ: Sondeos mecánicos (Sondeos a Rotación, Percusión).


Son perforaciones de pequeño diámetro que permiten reconocer la naturaleza y  localización de las diferentes capas  del terreno. Dichas perforaciones pueden realizarse a presión (suelos blandos), percusión (gravas, materiales cementados) o rotación (rocas, suelos duros), con diámetros que oscilan habitualmente entre 65 mm. y 140 mm. y que sirven para la extracción y reconocimiento del terreno (testigos), para la obtención de muestras del terreno mediante útiles apropiados (tomamuestras) y para la realización de algunos ensayos in situ. En suelos no muy duros con cierta cohesión, se emplean a veces los sondeos helicoidales con barrena maciza o hueca, sobre todo cuando sólo se requieren muestras alteradas. Eventualmente también pueden extraerse muestras inalteradas si el terreno se mantiene estable sin entubación o a través de las barrenas huecas.

En un  sondeo a rotación el sistema de perforación consta de lo siguientes elementos integrados en las baterías: corona de corte, manguito portaextractor, extractor, tubo portatestigo y cabeza. La cabeza es la pieza de unión entre el tubo portatestigo (donde se recoge el testigo que se extrae en la perforación) y el varillaje que le transmite el movimiento de rotación y empuje ejercido por la máquina de perforación. El manguito porta extractor aloja un muelle (extractor)  que sirve para cortar el testigo al sacarlo y no dejar que se desprenda durante la maniobra de extracción. La corona es el elemento perforador que se emplea en el sondeo y cuyos útiles de corte pueden ser de widia (carburo de wolframio) o de diamante. Las coronas de widia se emplean en suelos y rocas blandas y las coronas de diamante en rocas duras o muy duras.

Las baterías de perforación pueden ser de tubo simple o doble. En el  tubo simple, el fluido de perforación lava toda la superficie del testigo. Este efecto y el de la rotación del tubo pueden ocasionar el desmenuzamiento de suelos parcialmente cementados o rocas blandas. Cuando se requieren recuperaciones muy altas se emplea el  tubo doble, en el que el fluido de perforación (agua) desciende por el contacto entre ambos tubos.

En este caso, sólo puede producirse el lavado del testigo en la base del tubo, en su unión con la corona. El tubo interior va montado sobre rodamientos de bolas que independizan su movimiento del tubo exterior.

En el cuadro siguiente se muestran distintos tipos de diámetros de perforación y de testigos, siendo el diámetro de perforación más habitual el NX o superior.

Los  sondeos con barrena helicoidal se emplean en suelos relativamente blandos y cohesivos, no siendo operativos para suelos duros o cementados. Este tipo de perforación no permite precisiones inferiores a ± 0,50 m. en la localización de los diferentes estratos atravesados. El tipo de muestras que se obtiene en la sonda helicoidal es alterada, aunque es posible en determinadas sondas obtener muestras inalteradas.

Las barrenas son de dos tipos, huecas y normales. Las primeras están formadas por un tubo central de mayor diámetro que en las normales, y permiten obtener muestras inalteradas sin extraer a la superficie la maniobra. A lo largo y por el interior de la barrena se instala un varillaje que termina al final de la cabeza helicoidal y lleva una pequeña broca. Estas varillas giran solidariamente con la barrena hueca. Cuando se toma una muestra se extraen las varillas del interior de la barrena, y a continuación se introduce por el interior de la misma un tomamuestras (ver figura adjunta).

Los  sondeos a percusión se utilizan tanto en suelos granulares como cohesivos, pudiendo atravesar suelos de consistencia firme a muy firme. Las profundidades alcanzadas mediante este sistema rondan los 15-20 m. 

El sistema de perforación consiste en la hinca de tubos de acero mediante el golpeo de una maza de 120 kg. que cae desde una altura de 1 m. Se deben contar sistemáticamente los golpes necesarios para la penetración de cada tramo de 20 cm., lo que permite conocer la compacidad del suelo atravesado. Las tuberías empleadas, que pueden tener diámetros exteriores de 91, 128, 178 y 230 mm., actúan como entibación durante la extracción de muestras mediante cucharas.

Existe otro tipo de métodos especiales de perforación, denominados métodos de perforación a destroza, debido a que en ellos no se obtiene testigo, sino el material triturado que sale por la boca del sondeo. La perforación se puede realizar con trépano, martillo de fondo o rotopercusión y la trituración con tricono.

La utilización de uno u otro método depende del tipo de terreno a perforar y del objetivo de la investigación.

En general, deben tenerse en cuenta las recomendaciones siguientes:

-Los sondeos a percusión son preferibles por su calidad, siempre que el terreno pueda atravesarse con la energía disponible. Este método está especialmente indicado para reconocer suelos granulares gruesos, adaptando el diámetro del sondeo al tamaño de las gravas o bolos a atravesar. Normalmente se emplea tubería de hinca o tomamuestras a percusión. En el caso de suelos granulares finos se utilizan cucharas con cierre inferior de clapeta.

-Los sondeos a rotación, mediante baterías simples, dobles o especiales pueden utilizarse en cualquier tipo de terreno, aunque pueden existir problemas en el caso de suelos granulares finos bajo el nivel freático y en el caso de bolos o gravas gruesas.

-Los sondeos con barrena helicoidal pueden utilizarse cuando:

• El terreno es relativamente blando y cohesivo
• No existen capas cementadas o de gravas, ni capas arenosas fluyentes bajo el nivel freático.
• No es necesario atravesar o penetrar en rocas.
• No se requiere una precisión superior a ±0,50 metros en la localización en profundidad de las diferenes capas.
• Se puede justificar la calidad de las muestras inalteradas extraídas por el eje hueco de la barrena.

-Cuando se conozca suficientemente la naturaleza y propiedades de costras, capas duras o rocosas intercaladas en el espesor de terreno a reconocer pueden utilizarse métodos destructivos como la perforación con trépano, martillo de fondo o percusión, y la trituración con tricono o corona ciega.

En la tabla siguiente se resumen de forma muy general los diversos métodos de realizar sondeos mecánicos.