GUÍA ESENCIAL PARA UN MUESTREO DE SUELOS PRECISO PARA PRUEBAS DE LABORATORIO

Hay dos tipos principales de muestras de suelo que se pueden recuperar de pozos o pozos de prueba.

(a) Las muestras perturbadas, como su nombre lo indica, son muestras tomadas de las herramientas de perforación, por ejemplo, restos de barrena, el contenido del muestreador de cuchara dividida en la prueba de penetración estándar, lodos del casco o del retorno del agua de lavado, o muestras manuales. excavado en pozos de prueba.

(b) Las muestras no perturbadas, obtenidas empujando o introduciendo un tubo de paredes delgadas en el suelo, representan lo más fielmente posible la estructura in situ y el contenido de agua del suelo. Es importante no sobrecargar el muestreador ya que esto comprime el contenido.

BS 5930 recomienda cinco clases de calidad para el muestreo de suelos siguiendo un sistema desarrollado en Alemania. Las propiedades del suelo que se pueden determinar de manera confiable a partir de cada clase y los métodos de muestreo apropiados se muestran en la Tabla 1.

En suelos cohesivos sensibles a las perturbaciones, las clases de calidad 1 y 2 requieren un buen diseño del muestreador, como un pistón o un muestreador de paredes delgadas que se introduce en el suelo con un gato o se empuja hacia abajo y no se hunde mediante golpes de martillo. Muestreo de clases 1 y 2. En suelos insensibles a las perturbaciones se emplean muestreadores de tubos de accionamiento abierto que se introducen en el suelo mediante golpes de un martillo deslizante o muestras cuidadosamente cortadas a mano tomadas de pozos de prueba.

Las clases de calidad del muestreo de suelo se definen en términos de la calidad del suelo y propiedades que se pueden obtener de las muestras:

Categoría A: produce muestras de las clases 1 y 2. Muestras en las que sólo hay una ligera alteración de la estructura del suelo.

Categoría B: rendimiento en el mejor de los casos, clase de muestra 3. Las muestras contienen todos los componentes del suelo en proporciones originales.

Categoría C: solo produce muestra de clase 5. La estructura del suelo en la muestra cambió totalmente y se modificó la disposición de las capas del suelo.

La categoría de muestra está vinculada a la clase de calidad de la muestra de suelo. Esto es relevante para las pruebas de laboratorio en el sentido de que diferentes pruebas requieren diferentes clases de calidad del suelo. La persona que especifica la investigación del sitio deberá completar comprender este vínculo. La relación entre la clase de calidad del suelo y la categoría de muestreo se muestra en la Tabla 2.

Las diferentes técnicas de muestreo por perforación y utilización de muestreadores utilizadas en Europa se resumen en la Tabla 3 y 4:

Calicatas: se agrupan bajo este nombre genérico las excavaciones de formas diversas (pozos, zanjas, rozas, etc.) que permiten una observación directa del terreno, así como la toma de muestras y, eventualmente, la realización de ensayos in situ.

1. Este tipo de reconocimiento podrá emplearse con:

a) profundidad de reconocimiento moderada (< 4m);

b) terrenos excavables con pala mecánica o manualmente;

c) ausencia de nivel freático, en la profundidad reconocida o cuando existan aportaciones de agua moderadas en terrenos de baja permeabilidad;

d) terrenos preferentemente cohesivos;

e) terrenos granulares en los que las perforaciones de pequeño diámetro no serían representativas.

2. El reconocimiento del terreno mediante calicatas es adecuado cuando:

a) se puede alcanzar en todos los puntos el estrato firme o resistente con garantía suficiente;

b) no sea necesario realizar pruebas in situ asociadas a sondeos (p.e. ensayos de penetración estándar).

3. Se excluirá este método cuando pueda deteriorarse el terreno de apoyo de las futuras cimentaciones o se creen problemas de inestabilidad para estructuras próximas.

4. En las paredes del terreno excavado, podrán realizarse ensayos in situ como el penetrómetro de bolsillo, con el fin de obtener una indicación orientativa del comportamiento del terreno. De esta indicación orientativa no se deducirán, en ningún caso, valores cuantitativos de la resistencia del terreno.

5. En calicatas de una profundidad mayor a 1,5 m ninguna persona podrá acceder a su inspección o revisión si no se encuentran debidamente entibadas o adecuadamente realizadas (Morales y Ríos, 2006).

Preparación: Antes de comenzar, identifica el área donde se realizará la calicata y asegúrate de obtener los permisos necesarios si es un sitio controlado. Además, reúne el equipo y los materiales necesarios, como se mencionó anteriormente.

Localización y marcado: Marca el área donde se realizará la calicata y establece las dimensiones y la ubicación exacta de la abertura.

Excavación: Comienza a excavar el suelo en el área marcada utilizando una pala y, si es necesario, un pico o una barra de perforación para suelos más duros. Excava en capas, y a medida que avanzas en la profundidad, asegúrate de tomar muestras representativas en contenedores adecuados. La excavación se detendrá a los 4m de profundidad, hasta encontrar el nivel de aguas freáticas o cuando se encuentre un estrato duro que no permita el avance de la excavación. La excavación debe tener como dimensiones mínimas 1 x 1.5 m.

Registro de datos: Mide y registra la profundidad de la calicata y toma notas detalladas de las características del suelo, como textura, color, consistencia, contenido de humedad, y cualquier otra observación relevante (Figura 2).

Muestreo de suelo (muestras alteradas): Recoge muestras de suelo a intervalos regulares a lo largo de la calicata de al menos 2kg por intervalo en bolsas de muestreo. Asegúrate de etiquetar claramente cada muestra con información sobre la profundidad y la ubicación.

Muestreo de suelo (muestra inalterada): se realiza normalmente al fondo de la excavación o en una zona donde la superficie sea plana, se marca un cuadrado de 30 x 30 cm aprox. (Figura 3) Se excava alrededor de las marcas laterales sin dañar la estructura del material. Se profundizará lo necesario para poder efectuar un corte en la parte inferior de la muestra, inmediatamente después de realizar el corte, se envuelve la muestra con manta de cielo recién embebida en una mezcla previamente preparada de dos partes de parafina por una de brea mezcladas por medio de calor, finalmente se aplica una capa de parafina y brea fundidas y se fija la tarjeta de identificación.

Protección de la calicata: A medida que avanzas en la excavación, asegúrate de proteger las paredes de la calicata para evitar derrumbes. Puedes usar bolsas de plástico, tablones de madera u otros materiales adecuados.

Mediciones adicionales: Realiza mediciones adicionales según sea necesario, como la medición de la densidad del suelo in situ, la recolección de muestras de agua subterránea o la realización de ensayos in situ, dependiendo de los objetivos del proyecto.

Fotografía y documentación: Documenta visualmente la calicata y las muestras de suelo mediante fotografías y toma notas detalladas sobre cualquier hallazgo significativo.

Cierre de la calicata: Una vez completada la extracción de muestras y la recopilación de datos, rellena la calicata de manera segura para restaurar la superficie del suelo y garantizar la seguridad en el sitio.

Análisis de las muestras: Envía las muestras recolectadas al laboratorio geotécnico para realizar análisis detallados, como ensayos de laboratorio, que proporcionarán información sobre las propiedades del suelo.

Los sondeos son perforaciones de diámetros y profundidad variables que permiten reconocer la naturaleza y localización de las diferentes unidades geotécnicas del terreno, así como extraer muestras del mismo y, en su caso realizar ensayos a diferentes profundidades. Deben utilizarse en los casos indicados y cuando el estudio geotécnico requiera:

a) llegar a profundidades superiores a las alcanzables con catas;

b) reconocer el terreno bajo el nivel freático;

c) perforar capas rocosas, o de alta resistencia;

d) extraer muestras inalteradas profundas;

e) realizar pruebas de deformabilidad o resistencia de tipo presiométrico, molinete, penetración estándar, etc;

f) tomar muestras de acuíferos profundos o realizar ensayos de permeabilidad in situ;

g) determinar valores índices de la roca en macizos rocosos;

h) detectar y controlar las variaciones del nivel freático, para lo cual se instalarán tubos piezométricos en un número de sondeos suficiente, como mínimo un 30% para que dicho control sea fiable.

Los sondeos mecánicos pueden utilizarse para prospecciones complementarias tales como: realizar digrafías de resistividad, radioactividad natural, velocidad sónica, etc. Los métodos más habituales para la ejecución de sondeos mecánicos son el de rotación con extracción de testigo continuo, percusión y mediante barrena helicoidal (hueca ó maciza).

Los sondeos a rotación, mediante baterías simples, dobles o especiales pueden utilizarse en cualquier tipo de terreno, siendo necesario utilizarlos cuando el terreno a reconocer sea un macizo rocoso o exista alternancia de capas cementadas duras con otras menos cementadas. En su utilización se tendrá en cuenta que pueden existir problemas en el reconocimiento de suelos granulares finos bajo el nivel freático y en el de bolos o gravas gruesas. También deben interpretarse con cuidado los testigos extraídos de suelos colapsables bajo la acción del agua de inyección y los de rocas blandas de tipo areniscoso que pueden fragmentarse excesivamente por efecto de la rotación.

Los sondeos a percusión pueden realizarse cuando el terreno pueda atravesarse con la energía disponible y el ruido asociado al golpeo no rebase los límites establecidos en cada caso. En su utilización se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:

a) 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 emplearán tuberías de hinca o tomamuestras a percusión;

b) en el caso de suelos granulares finos se utilizarán cucharas con cierre inferior.

Los sondeos con barrena helicoidal hueca o maciza podrán utilizarse cuando:

a) no sea necesario obtener testigo continuo de material no remoldeado;

b) el terreno sea relativamente blando y cohesivo;

c) no existan capas cementadas o de gravas, ni capas arenosas fluyentes, bajo el nivel freático;

d) no sea necesario atravesar o penetrar en rocas;

e) no se requiera una precisión superior a ±0,5 m en la localización en profundidad de las diferentes capas;

f) se pueda justificar la calidad de las muestras inalteradas extraídas por el eje hueco de la barrena o en el sondeo sin entibar en el caso de barrenas macizas, en función de lo establecido en la tabla 3;

g) se subsanen los aspectos negativos anteriores con otro tipo de prospecciones.

En la investigación del nivel o niveles freáticos se recomienda adoptar las siguientes medidas:

a) si los sondeos mecánicos son realizados con ayuda de cualquier tipo de fluidos incluida el agua, éstos deben ser eliminados y purgados antes de la colocación de los tubos piezométricos, de forma que las medidas de control de profundidad del agua no se vean alteradas y contaminadas por agentes externos;

b) debe protegerse la boca de las perforaciones en las que se disponga de tuberías piezométricas, disponiendo una arqueta o tapón de sellado que impida la entrada de agua a la perforación;

c) deben efectuarse medidas del nivel del agua en la perforación al comenzar y terminar cada día los trabajos de ejecución del sondeo mecánico y posteriormente hasta que se estabilicen dichos niveles. En el informe del reconocimiento del terreno se recogerán estas medidas, junto con las recomendaciones necesarias para el seguimiento futuro de las mismas si se prevén oscilaciones estacionales (Morales y Ríos, 2006).

La metodología de extracción de las muestras dependerá del tipo de sondeo realizado, para elegir el mejor sondeo se deberá tomar en cuenta lo siguiente:

Objetivos del proyecto: Comprende claramente cuáles son los objetivos de tu proyecto geotécnico. La elección de la técnica de extracción de muestras debe estar alineada con estos objetivos. Por ejemplo, si necesitas información sobre la resistencia al corte del suelo, es posible que desees muestras intactas, mientras que, para determinar la granulometría del suelo, las muestras perturbadas pueden ser suficientes.

Tipo de suelo: El tipo de suelo en el sitio es un factor crítico. Algunos suelos, como arcillas expansivas, suelos cohesivos o rocas, pueden requerir técnicas de extracción específicas. El conocimiento previo de las condiciones del suelo en el área puede ayudarte a determinar la mejor opción.

Profundidad de interés: Considera la profundidad a la que necesitas obtener muestras. Algunas técnicas de extracción son más adecuadas para muestras superficiales, mientras que otras pueden alcanzar profundidades significativas. La elección depende de tus necesidades específicas.

Calidad de las muestras: Si necesitas muestras de alta calidad, las técnicas de extracción no perturbadas, como el muestreo en cilindros o cubos, suelen ser las mejores opciones. Estas muestras mantienen la estructura original del suelo (Tablas 3 y 4).

Costo y tiempo: Las diferentes técnicas de extracción pueden variar en costo y tiempo. Debes considerar el presupuesto y el cronograma del proyecto al elegir la mejor opción. Algunas técnicas pueden ser más costosas y llevar más tiempo que otras.

Accesibilidad: La ubicación y el acceso al sitio pueden influir en la elección de la técnica. Algunas técnicas pueden ser más adecuadas para áreas de difícil acceso, mientras que otras requieren equipos pesados y fácil acceso.

Normativas y estándares: Asegúrate de cumplir con las normativas y estándares geotécnicos pertinentes. Algunas normas pueden especificar ciertas técnicas de extracción para proyectos específicos.