Capítulo 4

COMENTARIOS AL CAPÍTULO 4.
EXCAVACIONES, PERFORACIONES,
ENSAYOS EN PERFORACIONES
MUESTREO
Y
C 4.1. INTRODUCCIÓN
Ciertos métodos de exploración requieren condiciones especiales de seguridad las que
son especificadas en el presente Reglamento. Por el contrario, otros métodos
exploratorios conllevan condiciones de seguridad semejantes a otras tareas similares de
campo o laboratorio. En el Anexo A.3. se detallan las recomendaciones a seguir en
cuestión de seguridad en los trabajos de investigación geotécnica. En algunos casos,
dicho listado puede no ser suficiente y será responsabilidad del Ingeniero a cargo de los
trabajos obtener y aplicar las regulaciones vigentes en temas de seguridad, y será
responsabilidad del Ingeniero a cargo de la obra verificar que dichas regulaciones sean
aplicadas.
El rellenado de las calicatas y de las perforaciones deberá ser realizado cuando
corresponda y mientras no interfiera con la construcción ni con su cronograma, siendo éste
uno de los motivos por los que se requiere de precisión en la ubicación de los puntos de
exploración en el predio durante las campañas de investigación. Asimismo, es de suma
importancia la nivelación y el registro de la boca de la exploración (ver artículo 7.3.2.6.).
La exploración mediante calicatas poco profundas permite la inspección visual horizontal
y vertical de los estratos excavados, la toma de muestras y los ensayos in-situ, así como
determinar las discontinuidades del perfil geotécnico.
Cuando las calicatas sean utilizadas para esta última finalidad, el informe de campo
deberá contar con la ubicación planialtimétrica de la calicata, su orientación con respecto
al predio y un esquema de las paredes y fondo de la misma mostrando la distribución de
las diferentes capas acotadas y sus discontinuidades. Eventualmente, las calicatas pueden
ser continuadas como trincheras para la ubicación y seguimiento de algún fenómeno
geotécnico, cuando el terreno así lo permita, siendo un método exploratorio rápido y
económico.
Las calicatas poco profundas, sin estructura de contención son poco seguras para el
descenso de personal y equipo, pero pueden ser utilizadas para obtener muestras
alteradas mediante la remoción de material con el balde de la retroexcavadora o mediante
sacatestigos al perforar el fondo de la calicata.
Asimismo, se puede realizar el ensayo “Vane-shear” para medir la resistencia al corte insitu. Dichas calicatas sin contención lateral son propensas de colapsar al poco tiempo
de ser excavadas, razón por la cual la visualización y registro, toma de muestras y
ensayos in-situ deberán ser realizados inmediatamente después de ser abiertas.
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Cap. 4 - 23
Se recomienda el rellenado de las calicatas inmediatamente después de haber sido
visualizadas y registradas y una vez realizada la toma de muestras y de ensayos in-situ
como medida precautoria de seguridad, acorde a las disposiciones vigentes en materia de
seguridad de los trabajos realizados en el predio y conforme a las disposiciones legales
locales vigentes. En el artículo 4.2.3. se incluyen recomendaciones generales para el
rellenado de calicatas. En el caso en que éstas no sean rellenadas se las deberá
señalizar perimetralmente en forma permanente de acuerdo con las disposiciones vigentes
en materia de seguridad de los trabajos realizados en el predio y conforme a las
disposiciones legales locales vigentes. De no mediar ningún tipo de disposición, se
realizará la señalización permanente utilizando el buen criterio.
C 4.2.2. Calicata profunda, pozo (vertical y Galería (horizontal o inclinada) de
inspección
La utilización del encamisado temporario en presencia de agua subterránea es
recomendable para aquellos suelos que permiten su excavación mediante proceso
mecánico de rotación y con condiciones de estabilidad de sus paredes que no requieren
ningún encamisado temporario o de requerirlo es sólo por un tiempo mínimo.
Ante la presencia del nivel freático o artesiano este método sólo será utilizado hasta dicho
nivel, debido a la dificultad de mantener las condiciones secas del pozo para su inspección
y la estabilidad de sus paredes.
Cuando se requieran galerías de inspección, las mismas pueden ser construidas en
forma manual o mecánica, pero por su condición de desarrollo horizontal o inclinadas
requerirán, generalmente, de estructura de contención para sus paredes y techo.
C 4.2.3. RELLENO DE LAS EXCAVACIONES
Los materiales de relleno pueden ser el mismo suelo extraído de la excavación, suelo de
aporte, escombros seleccionados u hormigón pobre.
El método más eficiente para la compactación de excavaciones es el mecánico, ya sea
mediante la utilización del balde de la retroexcavadora o bien con los compactadores
manuales con motor a combustión o a aire comprimido.
Cuando se utilice hormigón pobre, la compactación puede ser realizada, según las
exigencias del proyecto o método disponible, por vibradores de inmersión, varillado
enérgico, o carga hidráulica.
C 4.3.1. PERFORACIÓN MANUAL CON PALA BARRENO
Este procedimiento permite realizar perforaciones de hasta 200 mm de diámetro y de
aproximadamente 5 m de profundidad en suelos de características apropiadas que permitan la estabilidad de las paredes de la exploración.
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Com. Cap. 4 - 24
C 4.3.2. PERFORACIÓN MEDIANTE EQUIPO MANUAL
El equipo descripto en el primer párrafo del artículo 4.3.2., puede estar montado sobre un
trailer a ser remolcado por un vehículo pequeño o bien, ser desmontable para una mejor
movilidad en obra. La perforación así efectuada puede ser encamisada o trabajada con
fluidos estabilizantes en el caso de que las paredes de las mismas sean potencialmente
desmoronables.
La perforación mediante equipo manual permite la recuperación de muestras de calidad
confiable y rendimientos económicos aceptables hasta profundidades del orden de los
60 m, en función del tipo de suelo explorado.
C 4.3.3.Perforación mediante pala barreno mecánica (hélice continua)
Durante la perforación, el alma estará cerrada mediante un tapón el que será expulsado al
momento de bajar el sacatestigo que descenderá por dentro del alma mediante un cable
interno, para obtener la muestra en el fondo de la perforación.
Esta práctica no es habitual en suelos friables, por cuanto se dificulta la tarea de evitar
el ingreso de material por dentro del alma. En la eventualidad de encontrar roca, la
perforación se podrá continuar mediante la sustitución del sacatestigo para suelos por la
corona sacatestigo de avance a rotación, la cual descenderá por dentro del alma de la
hélice continua hueca.
Estos equipos requieren gran potencia y peso para hacer descender la pala barreno
mecánica aplicando grandes fuerzas de torque, por lo que van montados sobre camiones
u orugas.
C 4.3.4. Perforación por rotación
El fluido de perforación bombeado desde la superficie hasta la corona por dentro del tren
de barras, lubrica y refrigera la herramienta cortante mientras simultáneamente lava la
perforación de los detritos y los conduce a la superficie entre las paredes de la misma y el
tren de barras. El fluido de perforación comúnmente utilizado es agua, pero en ciertos
casos también se puede utilizar aire comprimido o fluidos estabilizantes como la bentonita
o polímeros.
La correcta selección de la corona y del equipo de perforación es de suma importancia
dado que debe ser compatible con el terreno a perforar para poder obtener testigos de
calidad y cumplimentar los requerimientos técnicos y de cronograma de la investigación
geotécnica.
Una incorrecta selección de los elementos antes indicados conllevará a un trabajo de baja
calidad recuperando testigos alterados, con poco rendimiento y alto desgaste de las
coronas, redundando finalmente en un alto costo de la investigación y no pudiendo
cumplimentar el cronograma de trabajos.
En la eventualidad de perforar macizos rocosos duros con coronas de gran tamaño, se
deberá adoptar la precaución de contar con una perforadora de gran capacidad así como
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de peso o alternativamente montarla sobre camión o lastrarla para poder aplicar la presión
necesaria en la cara cortante de la corona.
La selección de la inyección a utilizar deberá ser realizada con cuidado, por cuanto es
indispensable que sea compatible con la corona, la bomba y la perforadora que formarán
parte del equipo escogido y que además, sea la adecuada para el material a perforar.
El agua es el fluido generalmente utilizado mientras que los restantes fluidos de
perforación consisten en soluciones de agua con bentonita o con aditivos como el cloruro
de sodio, la baritina, espumas y polímeros. Estos últimos tienen la ventaja frente al agua,
como único medio de inyección, de que permiten la remoción de los detritos de perforación
a baja velocidad produciendo nula o poca perturbación dentro de la perforación.
Esta situación resulta crítica cuando el material es blando, se encuentra muy alterado,
está fisurado y se desea recuperar el testigo con el material fino contenido dentro de las
fisuras o si la formación no está cementada.
El aire comprimido también puede ser utilizado como inyección en aquellos casos donde
el macizo lo permita o cuando no se disponga de agua en las cercanías o cuando esté
prohibida la incorporación de fluidos de perforación por motivos de contaminación del
acuífero.
Asimismo se deberá considerar que, mientras las inyecciones realizadas con lodos de
perforación tienden a incrementar la humedad natural del testigo, la utilización de aire
comprimido producirán una reducción de la misma.
Las perforaciones a rotación pueden ser consideradas como tareas cuasi-artesanales
donde el éxito de la operación estará basado, por un lado, en los equipos utilizados y su
estado de mantenimiento y por el otro, en la técnica empleada por el perforista, su
experiencia y su habilidad. Estas últimas consideraciones son primordiales cuando la
formación es parcialmente cementada, alterada, intemperizada, fracturada o blanda y
se desea obtener un testigo de carrera completa y de adecuadas condiciones de calidad
para su clasificación, descripción y posteriores ensayos de laboratorio.
C 4.3.6. Perforación con lavado
Los materiales a los que hace referencia el primer párrafo del artículo 4.3.6. no son
representativos del estrato perforado por cuanto pueden estar mezclados los del fondo
con los superiores y la compacidad relativa de los mismos no será la real. En
consecuencia, deben ser extraídos de la perforación previamente al comienzo de las
tareas de muestreo del manto correspondiente. Esta remoción se debe realizar mediante
el lavado de la perforación con agua o con los lodos de perforación, los que tendrán la
doble finalidad de estabilizar las paredes de la perforación y, a su vez, ser el medio de
ascenso de los detritos.
C 4.4.1. Generalidades
No obstante lo expresado en el primer párrafo del artículo 4.4.1. del Reglamento, se debe
tener presente que el comportamiento del suelo dentro del macizo geotécnico estará
gobernado por la presencia de discontinuidades en el mismo. Por consiguiente, será
posible obtener una muestra de adecuada calidad que no sea representativa del macizo
explorado. Esto debe ser considerado al momento de seleccionar la técnica de muestreo a
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Com. Cap. 4 - 26
utilizar definiendo a priori, si se desea tomar muestras representativas del estrato
considerado que reflejen su comportamiento geotécnico, o bien, si se quieren determinar
las propiedades del material propiamente dicho.
C 4.4.2. Calidad de las muestras
Otro componente a ser considerado en la selección de la calidad de la muestra deseada
será el tamaño de la misma, que estará altamente influída por la estructura del manto en el
caso de encontrarse en presencia de discontinuidades de orientación aleatoria.
En consecuencia, el diámetro de la muestra obtenida deberá ser lo suficientemente
grande con relación a la separación de dichas discontinuidades, con el fin de que la
muestra sea representativa del estrato y no de la falla local.
Por el contrario, en aquellos macizos donde las discontinuidades poseen una dirección
definida como en las diaclasas orientadas de una roca, será necesario la obtención de
muestras en direcciones particulares.
C 4.4.4. Muestras alteradas por las herramientas de perforación
El Reglamento advierte que las muestras extraídas de niveles inferiores al agua
subterránea pueden no ser representativas del manto explorado, situación que se presenta
generalmente en suelos no cohesivos con contenido apreciable de finos, donde éstos
tienden a ser lavados por el agua circundante del sacatestigo o por el fluído de inyección.
C 4.4.5.1. Generalidades
El concepto fundamental que debe cumplir todo sacatestigo de extremo abierto es el de
generar la menor perturbación y remoldeo de la muestra recuperada del estrato
investigado a medida que penetra en dicho manto. El grado de alteración de la muestra
obtenida estará regido por las características del diseño de la herramienta con respecto a
la zapata cortante, la fricción interna al sacatestigo y la válvula superior.
C 4.4.5.1. c) Relación de áreas
Este valor es de aproximadamente el 30% para el sacatestigo de 100 mm de diámetro de
usos múltiples y se reduce al 10% para los del tipo de pared delgada. No obstante, esta
relación puede variar en la eventualidad de que se utilice el sistema “wire line”, donde
se aloja un sistema que permite retirar la muestra sin extraer el tren de barras ni el
sacatestigo.
La relación de áreas está dada por la siguiente expresión:
⎛ D2 − D2
R A = ⎜⎜ ze 2 zi
⎝ Dzi
⎞
⎟⎟ × 100%
⎠
(2)
siendo:
RA
Dze
Dzi
la relación de áreas,
el diámetro externo de la zapata,
el diámetro interno de la zapata.
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Cuando la longitud de la muestra resulte menor que la profundidad a la que penetró la
herramienta, se deberá interpretar que la muestra fue comprimida dentro del
sacatestigos, por cuanto éste deberá tener un espacio libre en la parte superior para
evitar este efecto (ver la Figura 4.4.5), o que parte de la misma se perdió durante la
maniobra de extracción del sacatestigos.
C 4.4.5.3. Sacatestigos de pared delgada o tubo Shelby
Se debe considerar que en suelos blandos o sueltos, y a partir de una determinada
profundidad, la base de la perforación se va a ver alterada debido a la relajación de
tensiones, por cuanto en éstos casos el muestreo se debe realizar mediante el
sacatestigos con válvula a pistón (ver el artículo 4.4.6.). Un esquema del sacatestigos
de pared delgada se representa en la Figura 4.4.5.3.
C 4.4.7. Muestreo continuo
En el método Delft de muestreo continuo, el segundo de los sacatestigos representado
en la Figura 4.4.7., se introduce en el terreno mediante un equipo de penetrómetro estático
o cono holandés de 200 kN. A medida que éste penetra el estrato, la muestra se introduce
por dentro del sacatestigos y se aloja en el tubo-portamuestra de plástico rígido
(policloruro de vinilo (PVC)), ubicado en el interior del mismo para tal fin. Dicho
sacatestigos puede ser prolongado mediante tubos adicionales de 1 m de longitud que se
enroscan al tramo inicial, mientras un sistema de grampas sujeta al sacatestigos para
realizar la maniobra de prolongación.
En términos generales, se pueden alcanzar profundidades de hasta 18 m en suelos
adecuados. En el caso del sacatestigos de 29 mm de diámetro, el procedimiento es el
mismo pero con la ventaja de que se requiere de un empuje estático menor.
C 4.4.9. Coronas sacatestigos para rotación
La selección del tipo de sacatestigos y coronas a utilizar se debe basar en los
antecedentes recogidos de perforaciones en la zona. De no contarse con dicha
información, se deberá disponer de distintos tipos de sacatestigos y coronas con el fin de
obtener las características de recuperación deseadas, ya que el rendimiento de la tarea de
perforar no siempre es compatible con las necesidades de calidad de la muestra a
obtener.
C 4.4.12.2. Identificación
La identificación de las muestras se deberá realizar con dos etiquetas que contendrán
toda la información necesaria.
Una de las etiquetas acompañará al recipiente que contenga la muestra, y la otra etiqueta
se deberá archivar separadamente con el fin de salvaguardar la información en caso de
daño o pérdida de la primera.
Posteriormente, dicha información será registrada en el libro con todos los registros de
obra.
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Las etiquetas serán completadas con tinta indeleble y deberán estar confeccionadas en
un material lo suficientemente resistente como para soportar el manipuleo y transporte
en el ambiente de obra.
C 4.4.12.3. Muestras alteradas de suelo y especímenes de roca recogidas a mano
Los recipientes deberán estar numerados y las muestras se identificarán mediante
etiquetas de acuerdo con el artículo 4.4.12.2., las cuales deberán ser colocadas sobre las
muestras e inmediatamente por debajo de la tapa del recipiente o dentro de la bolsa,
según corresponda. En la eventualidad de que la muestra contenga humedad que pueda
destruir su identificación, la etiqueta será dispuesta dentro de una bolsa plástica
transparente previamente a su colocación dentro del contenedor o bolsa porta-muestra.
Cuando el recipiente o bolsa porta-muestra no sea transparente y la etiqueta de
identificación no pueda ser leída desde el exterior, una etiqueta idéntica a la descripta en
el párrafo anterior deberá ser colocada en el exterior del recipiente o bolsa porta-muestra y
protegida contra posibles deterioros mediante un sobre plástico construido a tal fin (similar
al que poseen las encomiendas vía aérea) o mediante una cobertura con plástico
transparente y sujeta con cinta adhesiva.
Los contenedores con las muestras deberán ser protegidos contra el congelamiento, el
excesivo calor, la incidencia directa de los rayos solares y de los golpes durante su acopio
en obra, previamente a su transporte, durante el transporte propiamente dicho y en el
acopio final con anterioridad a los ensayos correspondientes.
C 4.4.12.4. Muestras obtenidas mediante un sacatestigo de tubo
a) Para el caso de muestras muy porosas, previamente al sellado, se deberán colocar
sendos papeles parafinados cubriendo la totalidad de la sección transversal de la
muestra, en ambos extremos, con el fin de que la misma no sea contaminada por la
parafina derretida. En la eventualidad de que la muestra no ocupase toda la longitud
del tubo porta-muestra y, por consiguiente quedase un espacio vacío entre el
extremo de la parafina y el extremo del tubo, el mismo deberá ser rellenado con un
material menos compresible que la muestra misma. Finalmente, los extremos del tubo
porta-muestra deberán ser cubiertos con tapas a presión a rosca. De ser necesario,
las mismas podrán ser aseguradas con cinta adhesiva.
b)
Cuando la muestra resulte muy porosa, se deberá previamente al sellado envolver
con papel parafinado, con el fin de evitar que se contamine con la parafina derretida.
Posteriormente serán introducidas dentro de recipientes plásticos o metálicos para su
acopio o transporte. Finalmente, el recipiente será cerrado con una tapa a presión o a
rosca. De ser necesario, las mismas podrán ser aseguradas con cinta adhesiva.
En ambos casos se deberá colocar una etiqueta identificatoria (ver el artículo
4.4.12.2.) en el exterior del tubo o recipiente, protegida contra deterioro mediante un sobre
plástico construido a tal fin (similar al que poseen las encomiendas vía aérea) o mediante
cobertura de la etiqueta con plástico transparente y sujeta con cinta adhesiva.
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C 4.4.12.5. Muestras obtenidas por rotación
Generalmente se utilizará, como bancada un sacatestigos de tubo partido. Cuando se
requiera mantener la humedad natural del testigo, se deberá colocar una vaina de
polietileno en correspondencia con un extremo del sacatestigos con el fin de que cuando
se extrude por el extremo opuesto, el testigo penetre en ella para luego ser cerrada y
quedar sellado.
La extrusión del testigo debe ser realizada en el mismo sentido en que éste, entró en el
sacatestigos. Los extrusores deben ser del tipo a pistón y preferentemente, por acción
mecánica en vez de hidráulica (agua o aceite), por cuanto estos últimos pueden
contaminar la muestra durante la aplicación de grandes esfuerzos en el proceso de
extrusión.
En el caso de rocas blandas, alteradas por intemperización o con fallas, se deberá
tener presente que la extrusión puede afectarlas aunque la tarea sea hecha con cuidado.
La utilización de un tubo guía de plástico transparente y de baja fricción por dentro del
sacatestigos, permite solucionar gran parte de los problemas asociados con la extrusión
de testigos de roca obtenidos por rotación. Asimismo, facilita la protección del testigo
durante el manipuleo y transporte al laboratorio. No obstante ello, este tipo de tubo guía no
es apto para rocas abrasivas.
La profundidad de las cajas porta-testigo y las divisorias, construidas generalmente del
mismo material que la caja, deben ser de tales dimensiones que garanticen la
inmovilidad de los testigos con el fin de evitar dañarlos durante el transporte. Dichas
cajas deberán estar diseñadas para poder soportar el peso de la misma al estar llenas de
testigos de roca y ser lo suficientemente livianas como para poder ser levantadas por dos
personas por sendas asas colocadas en los extremos de la misma. De igual manera
deberán poseer refuerzos que permitan el acopio de las mismas en pilas así como
bisagras para la tapa y ganchos para cerrarlas con candados.
C 4.4.12.6. Damas
La caja porta-dama deberá ser de madera o plástico y su diseño deberá permitir alojar en
su interior a la muestra, la que quedará inmóvil con el fin de evitar daños durante el
transporte. Dichas cajas deberán estar diseñadas también para poder soportar el peso de
la misma al estar la muestra alojada en su interior y ser lo suficientemente livianas como
para poder ser levantadas por dos personas mediante sendas asas colocadas en los
extremos de la misma. De igual manera deberán poseer refuerzos que permitan el acopio
de las mismas en pilas, así como bisagras para la tapa y ganchos para cerrarla con
candado.
C 4.5.1. Generalidades
Las mediciones con piezómetros podrán fluctuar en función del tiempo dependiendo de
varias causas, como la época del año, mareas, etc. Por esta razón las mediciones se
deberán extender sobre períodos largos con el objetivo de poder recabar toda la
información necesaria para analizar este fenómeno.
En la eventualidad de tener que diseñar una red de drenaje, será fundamental el poder
medir con exactitud el contorno de la napa freática y la superficie piezométrica, a fin
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Com. Cap. 4 - 30
detectar la dirección del escurrimiento natural del predio, así como las variaciones
estacionales e hidrológicas.
C 4.5.2.2. Observaciones en perforaciones y excavaciones
Esta observación se realiza generalmente poco después de terminada la perforación en
seco o se debe demorar un poco más para el caso de haber utilizado fluidos de
perforación. Este procedimiento para determinar la presión hidrostática debe ser
utilizado con cuidado, por cuanto en pocas ocasiones se logra obtener la condición de
equilibrio debido al prolongado tiempo de respuesta.
C 4.5.2.3. Piezómetros de base porosa
Cuando se utilice el piezómetro de base porosa en climas muy fríos se deberá agregar
una cantidad mínima de líquido anticongelante al agua para evitar la obstrucción del
piezómetro.
La ventaja de este sistema es su simpleza y economía de construcción, instalación y
mantenimiento. Por el contrario, la gran desventaja es el prolongado tiempo de
respuesta.
C 4.5.2.4. Piezómetros hidráulicos
La ventaja de este sistema es su pequeño tiempo de respuesta y que se pueden utilizar
para la medición de presiones originadas por la fluctuación de las mareas o por la
introducción de tensiones en la masa del suelo, por ejemplo, durante las excavaciones.
También pueden ser utilizados para medir la permeabilidad del suelo, pero en el caso de
suelos muy permeables dichas mediciones estarán afectadas por la permeabilidad de la
base del piezómetro.
C 4.5.2.5.Piezómetros eléctricos
La mayor desventaja de los piezómetros eléctricos es que requieren de calibración una
vez colocados en posición dentro de la perforación, y esto no siempre es posible de
realizar. Tampoco es posible extraer el aire dentro del sistema una vez posicionado,
agravándose dicha situación cuando se está en presencia de suelos que contienen gases
(por ejemplo metano), alterando así las mediciones realizadas. Estos piezómetros no
podrán ser utilizados para mediciones de permeabilidad in-situ.
C 4.5.2.6. Piezómetros neumáticos
Otro inconveniente de los piezómetros neumáticos, es la obstrucción de la válvula como
consecuencia del ingreso de suciedad en ambos tubos.
Los piezómetros neumáticos poseen las mismas limitaciones que los piezómetros
eléctricos para mediciones de permeabilidad in-situ, para mantenimiento y en el hecho de
que no pueden ser purgados de aire. En contraposición son económicos y de fácil
instalación y manejo.
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Cap. 4 - 31
C 4.5.2.8. Instalación de los piezómetros
El procedimiento más eficiente para alojar un piezómetro dentro de la perforación es el
siguiente:
(a) descender el piezómetro con el elemento poroso dentro de la perforación hasta
una altura de 200 mm por encima de la base de la misma,
(b) suspender en esa posición el piezómetro y centrarlo dentro de la perforación,
(c) inyectar una mezcla de arena y agua en la punta de la perforación hasta una
altura de 300 mm por encima de la base de la misma. La inyección se deberá
realizar con el mismo tubo o manguera con el cual se sellará la perforación y no
estará permitida la caída libre de la mezcla,
(d) levantar el tubo o manguera de inyección hasta una altura de 400 mm por encima
de la base de la perforación,
(e) inyectar la mezcla, preferentemente de cemento y bentonita, como agente sellante
por dentro del tubo o manguera, mientras el mismo se retira de la perforación. Se
deberá tener cuidado de no contaminar la arena con el sellador y de no producir
desmoronamientos de las paredes de la perforación a medida que se retira el
sistema inyector.
No se recomienda la instalación de más de un piezómetro por perforación.
Las características de composición de la mezcla sellante están condicionadas, entre otros
factores, por la disponibilidad de materiales, la permeabilidad deseada, características de
la bentonita, condiciones de la perforación y el nivel del agua subterránea. Dicha mezcla
debe poseer características de trabajabilidad con el fin de poder ser bombeada dentro
de la perforación y sus compuestos no deberán segregarse mientras la misma presente
condiciones de fluidez. Una mezcla típica la constituyen 4 partes de bentonita mezcladas
con 8 a 12 partes de agua para luego agregarle 1 parte de cemento pórtland común
(4:8:12:1).
En la eventualidad de encontrarse en presencia de agua marina o de alto pH, se podrán
agregar aditivos químicos con el objeto de obtener las características deseadas de la
mezcla.
C 4.5.3. Muestras de agua subterránea
Aunque las muestras de agua se recojan adoptando todas las precauciones
correspondientes, las muestras obtenidas en perforaciones no son representativas del
estrato de agua muestreado. Por esta razón el sistema recomendado para la obtención
de muestras de agua subterránea es el piezómetro de Casagrande. No obstante, la
obtención de agua subterránea estará condicionada por las características del proyecto y
por los requerimientos del mismo.
Debido a que las muestras de agua se degradan rápidamente con el tiempo será
imprescindible ensayarlas lo antes posible luego de su extracción.
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Com. Cap. 4 - 32
C 4.6.1. Generalidades
El lector podrá observar cierta superposición entre los temas desarrollados en los artículos
4.6.1. a 4.6.7. inclusive, con los tratados en el Capítulo 5, donde se describen todos los
ensayos de campo; razón por la cual su contenido debe sr considerado complementario.
C 4.6.2.1. Generalidades
Las muestras alteradas obtenidas con el ensayo SPT serán de Clase 4 y sólo se
deberán utilizar para la identificación del estrato investigado.
El ensayo SPT es de tipo empírico razón por la cual las correlaciones efectuadas en los
distintos países entre el resultado de dicho ensayo, clasificación del suelo, parámetros de
resistencia al corte y comportamiento de la interacción suelo-estructura sólo serán válidos
para el suelo analizado y no se deberán extrapolar a otros suelos de diferentes regiones.
Se debe tener presente que el objetivo del ensayo de penetración estándar es obtener
un orden de magnitud de la resistencia relativa de arenas y gravas, no obstante lo
cual se lo puede utilizar también como indicativo de la consistencia de suelos finos
(limos y arcillas) y en rocas blandas (por ejemplo, areniscas).
C 4.6.2.2. Preparación para realizar el ensayo
En ciertos tipos de suelos, cuando el ensayo se realice por debajo del nivel freático, el
suelo se puede relajar frente a las perturbaciones originadas por la herramienta cortante y
por la diferencia de presiones entre el nivel freático y la existente dentro de la perforación.
Este efecto puede ser severo en las arenas, razón por la cual puede ser parcialmente
reducido si, durante el ensayo, se mantiene la perforación totalmente llena del fluido de
perforación, equilibrando así las presiones, y utilizando con cuidado una herramienta de
limpieza de diámetro un poco menor que el de la herramienta utilizada durante el ensayo
SPT.
C 4.6.2.3. Ventajas y limitaciones
En la eventualidad de estar en presencia de muestras muy alteradas de Clase 4 ó Clase
5 (por ejemplo: arenas, gravas, rocas alteradas o suelos finos con alto contenido de arena)
el ensayo SPT resultará sumamente útil con el fin de verificar la secuencia de resistencias
a la penetración del perfil, confrontadas con las obtenidas de los ensayos de laboratorio
sobre muestras representativas.
Cuando se realice dicho ensayo en mantos granulares por debajo del nivel de agua
subterránea, éste puede perder su compacidad relativa, afectando sustancialmente los
resultados obtenidos. Es por ello que en dichas condiciones conviene continuar el ensayo
por debajo de la profundidad especificada por la norma correspondiente.
Aunque esta modalidad no se puede considerar como un ensayo SPT propiamente dicho,
permite despejar las dudas con respecto a sí la variación en compacidad se debe a que el
estrato es realmente de baja resistencia o si es consecuencia de su ubicación frente al
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Cap. 4 - 33
nivel freático. Cuando se sospeche que los resultados del ensayo de penetración estándar
son irreales, por bajos o por altos, se deberá proceder a realizar una exploración por un
método alternativo que no esté vinculado a la perforación realizada, como por ejemplo el
ensayo de penetración estática o cono holandés (ver el artículo 4.8.3.).
En ciertas ocasiones, durante la construcción de pilotes excavados hormigonados insitu, de gran diámetro, se acostumbra a realizar un pseudo SPT desde el fondo de la
excavación. Dicho ensayo no debe ser considerado como un ensayo de penetración
estándar por cuanto sus resultados dependen del diámetro de la excavación y sólo deben
ser utilizados por el Contratista de Fundaciones como método de determinación del
suelo por debajo de la herramienta de excavación y no como parámetro de diseño.
C 4.6.3.1. Generalidades
Este ensayo se puede utilizar, hasta cierto punto para medir los parámetros de corte de
suelos remoldeados. A tal efecto se debe desvincular el sistema de medición del torque
de las varillas de extensión, luego realizar seis (6) giros completos del dispositivo (360°) y
volver a realizar un ensayo de Vane luego de dejar reposar el suelo durante cinco minutos
(5 min).
El valor así obtenido proporcionará una idea muy vaga de los parámetros de corte del
suelo investigado, los que pueden diferir sustancialmente de los parámetros medidos en
laboratorio durante un ensayo triaxial sobre muestras representativas. Por lo tanto,
este ensayo no debe ser utilizado para el diseño, sino solamente para tener una idea a
priori de la resistencia al corte del perfil geotécnico.
Este ensayo se debe aplicar, casi con exclusividad, a los suelos cohesivos blandos,
normalmente consolidados y saturados y, principalmente, para arcillas con una
resistencia al corte no drenado de 100 kPa. Estos resultados se tornarán cuestionables
cuando se esté en presencia de arcillas más resistentes o si el suelo se dilata bajo
esfuerzos de cizallamiento, o bien, si está fisurado.
C 4.6.3.2. Ventajas y limitaciones
En arcillas sensitivas, la afirmación del artículo 4.6.3.2. será relativa por cuanto el ensayo
de paletas “in-situ” arroja valores mayores que los determinados en ensayos de laboratorio
sobre muestras representativas. Generalmente en esta situación, se considera que el
ensayo de Vane es más representativo de la realidad.
En suelos que contengan delgadas capas de arena o limos muy compactos a duros,
el resultado obtenido tenderá a ser elevado.
Asimismo la presencia de raíces en suelos orgánicos conduce a resultados erróneos en
exceso.
Existen otros tipos de dispositivos como el encamisado, que permite ser introducido en el
suelo mediante un empuje estático con la ayuda de un equipo hidráulico. Cuando se
alcanza la profundidad deseada, se sostiene la camisa mientras se introduce el dispositivo
y una vez realizado el ensayo, se vuelve a cubrir el disco con paletas y se empuja el
equipo solidariamente hasta el otro horizonte de investigación. La desventaja que trae
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Com. Cap. 4 - 34
aparejado este método es que rara vez se alcanzan las profundidades deseadas sin preperforación.
También se presenta el dispositivo de paletas en su versión de bolsillo para llevar a cabo
determinaciones en paredes y fondos de excavaciones o calicatas.
C 4.6.4.1. Generalidades
A pesar de la gran variedad de metodologías existentes para los ensayos de
permeabilidad in-situ, estos son sólo de aplicación para suelos ubicados por debajo del
nivel de agua subterránea.
C 4.6.4.2. Preparación para realizar el ensayo
La pérdida de agua a través de las roscas que unen los tramos del caño camisa produce
errores en las mediciones del ensayo de permeabilidad, razón por la cual se deben
colocar aros selladores del tipo “O-ring”.
A efectos de realizar un ensayo más preciso, se deberá introducir un caño camisa de PVC
o metálico con el extremo inferior abierto y ranurado dentro de la perforación. El espacio
comprendido entre dicho caño y las paredes de la exploración se deberán rellenar con un
material granular seleccionado que cumpla la función de filtro. Es indispensable que el
filtro utilizado posea una permeabilidad mucho mayor que el suelo investigado.
La parte superior de la perforación, comprendida entre el filtro y la boca de la
exploración deberá ser rellenada con mortero cementicio, (ver el artículo 4.5.2.8.).
Previamente al comienzo de un ensayo de permeabilidad, será requisito fundamental
determinar la posición del nivel de agua subterránea (ver el artículo 4.5.).
C 4.6.4.7. Ventajas y limitaciones
No obstante lo expresado en el primer párrafo del artículo 4.6.4.7., existen ciertos
requisitos que se deben respetar (como la correcta selección del método de perforación,
así como su implementación), con el fin de no alterar las condiciones naturales del suelo
circundante. Por ejemplo en suelos no cohesivos, el fondo de la perforación puede
perder sus condiciones de compacidad.
En el caso de los suelos con finas lentejas de material cohesivo intercalado en el
macizo, las muestras podrán ser remoldeadas y ubicarse en las paredes de la perforación,
obstruyendo el paso del agua.
En el caso de rocas fisuradas, éstas se pueden rellenar con los detritos del proceso de
perforación.
En todos los casos, dichos inconvenientes estarán regidos por el método de perforación
utilizado y por el cuidado con el que se lo realice.
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Cap. 4 - 35
En términos generales, los ensayos a carga constante tienden a dar valores más exactos
que los de carga variable aunque los segundos son más fáciles de realizar que los
primeros. Se debe constatar que la presión de agua utilizada durante el ensayo sea menor
que la requerida para fracturar el suelo por presión hidráulica ya que, de darse esta
situación, los resultados obtenidos divergirán de la permeabilidad real del suelo.
Cuando el ensayo se realice utilizando el caño camisa de perforación, la mínima
permeabilidad que se pueda medir en forma confiable, estará condicionada por la
estanqueidad que se pueda obtener en la unión de los tramos del caño camisa. En
términos generales, este valor límite inferior es de 10-8 m/s.
En suelos o rocas de menor permeabilidad, se deberá llevar a cabo el ensayo utilizando
piezómetros por cuanto éstos se sellan en toda su longitud con mezcla cementicia.
En macizos de muy baja permeabilidad, el flujo de agua será muy pequeño y las
mediciones podrán ser inexactas como consecuencia de la variación de temperaturas que
puedan afectar a los instrumentos de medición.
En suelos compresibles, la permeabilidad estará condicionada por el estado de
tensiones efectivas en que se encuentra el macizo al momento de la determinación,
pudiendo haber grandes diferencias entre un ensayo de carga variable decreciente,
donde las tensiones efectivas se reducen, y otro creciente, donde se incrementa el valor
de dichas tensiones.
Asimismo, la permeabilidad del suelo circundante a la perforación estará condicionada por
la historia del estado de tensiones que sufrió durante su ejecución, o por los anteriores
ensayos de permeabilidad realizados eventualmente en perforaciones existentes.
La ejecución de los ensayos de permeabilidad requerirá de mucha experiencia por parte
de quien lo realice dado que un pequeño desliz en la técnica ejecutiva puede conducir a
errores del orden de cien veces el valor real. Inclusive, un único ensayo realizado con
todo el cuidado posible sólo tendrá una precisión de un dígito del valor obtenido.
Para poder obtener mayor precisión será necesario realizar una serie de ensayos, no
obstante los cuales, en suelos estratificados o en rocas fisuradas la permeabilidad
medida podrá acusar gran variabilidad entre los distintos ensayos, pudiendo quedar
influída la permeabilidad del macizo investigado por estratos muy finos o por grandes
fisuras en la roca. Cuando se presenten algunas de estas últimas situaciones, la
interpretación de los resultados de los ensayos de permeabilidad se deberá realizar con
sumo cuidado.
Cuando se requiera obtener un coeficiente de permeabilidad con gran exactitud será
condición indispensable realizar como mínimo un ensayo de bombeo a escala de obra
para correlacionar las mediciones con las obtenidas en las perforaciones donde se
realizaron los ensayos de permeabilidad.
C 4.6.5.1. Generalidades
El ensayo Lugeon o "Paker" se realiza con el fin de determinar la permeabilidad de los
macizos rocosos para estimar la cantidad de sellante, generalmente mortero
cementicio, a inyectar para cerrar las fisuras o para comprobar la eficiencia de la inyección
realizada.
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Com. Cap. 4 - 36
El resultado de dicho ensayo se expresa en función del Lugeon como unidad a pesar que
se lo puede convertir en unidades de permeabilidad.
Este ensayo no se encuentra normalizado con respecto al diámetro de la perforación
utilizada, no siendo el resultado obtenido susceptible a dicha dimensión, salvo que la
longitud de la exploración sea pequeña, aunque generalmente se utiliza en perforaciones
de diámetro N (ver norma IRAM en preparación).
C 4.6.5.5. Realización del ensayo
No obstante lo expresado en el artículo 4.6.5.5., el ensayo simple es más caro desde el
punto de vista del tiempo y del rendimiento, por cuanto debe ser realizado en
correspondencia con cada estrato a investigar a medida que se va avanzando en la
perforación.
Un requisito fundamental, cuando se ensaya con el obturador en el fondo de la
perforación, es el de verificar la limpieza del fondo a efectos de que reciba al obturador
correctamente cuando se lo asiente.
Es recomendable llevar a cabo 5 ensayos a diferentes presiones, en vez de uno sólo a
la presión máxima. La información así obtenida, será de suma utilidad al interpretar el
comportamiento del macizo rocoso.
C 4.6.6.1. Generalidades
En la eventualidad de que por circunstancias económicas, el ensayo de placa deba ser
realizado en una perforación cuyo diámetro no permita el descenso del Técnico, la
limpieza del fondo y el posicionamiento de la placa se deberán realizar desde la superficie
con la consiguiente incógnita acerca de si el dispositivo de transferencia de carga se
encuentra descansando sobre material suelto. Esta situación, limitará la representatividad del resultado obtenido durante el ensayo.
C 4.6.6.3. Preparación para realizar el ensayo
Cuando se bombee agua desde el interior de la perforación, el abatimiento se deberá
realizar en forma externa a la perforación previa a la instalación de la placa. Luego se
deberá permitir que el nivel del agua subterránea se estabilice con anticipación al
comienzo del ensayo. Si por el contrario, se optase por el posicionamiento del dispositivo
de transferencia de cargas bajo el nivel de las aguas, se deberán adoptar los recaudos
necesarios para que éste quede bien asentado.
C 4.6.6.6. Medición de las deformaciones
La varilla de acero concéntrica e independiente al caño utilizado para aplicar la carga
posee un dispositivo de separadores con el fin de evitar que se recueste contra el
perímetro del caño de aplicación de la carga, y así influenciar las mediciones de deflexión
registradas.
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C 4.6.6.8. Aplicaciones del ensayo
En el caso de perforaciones de pequeño diámetro, las mediciones de deformación
obtenidas con el ensayo de placa son de dudosa utilidad por lo descripto en el artículo
4.6.6.8., con lo cual su utilidad queda circunscripta a la determinación de la resistencia a
la compresión del macizo cuando se presente la imposibilidad de obtener muestras
inalteradas (por ejemplo gravas arcillosas o rocas blandas).
C 4.6.7. Ensayo presiométrico
El presiómetro Ménard se puede utilizar también en suelos granulares, donde se debe
implementar un sistema especial para su realización.
Cuando se realice el ensayo presiométrico en rocas alteradas o en morenas glaciales se
deberá utilizar el equipo de 150 mm de diámetro, expandible por gas, mientras que las
deformaciones serán medidas por deformímetros del tipo del potenciómetro, mientras que
en rocas más duras se requerirá de instrumental de mayor sensibilidad y por ello serán
del tipo electrónico de puente de Wheatstone.
Este tipo de presiómetros no puede ser instalado en suelos y rocas blandas sin producir
alteración de las paredes del bolsillo, circunstancia que afectará a los valores de
deformación obtenidos.
Existe un tipo de presiómetro autoperforante, llamado Camkómetro, que hace de la
alteración un fenómeno insignificante por su capacidad de introducirse en la masa de
suelo por sus propios medios. Este dispositivo es expandido por gas mientras que las
deformaciones son medidas con deformímetros electrónicos, permitiendo así gran
precisión en la determinación de la relación tensión-deformación del suelo analizado
bajo condiciones no drenadas de expansión radial. Mediante estos resultados se
puede obtener la resistencia al corte no drenada, el módulo tangente o el módulo
elástico no drenado y la distribución de tensiones totales horizontales. Dicho equipo
también puede ser operado en arenas, donde las determinaciones serán en condiciones
drenadas.
C 4.7.2. Determinación de las características y estructura del perfil
Cuando el perfil esté conformado por mantos muy delgados, el muestreo deberá ser
continuo a lo largo de toda la perforación, o en el tramo en que aparezcan estas capas,
con el fin de no perder información. Esta situación determinará que en las primeras
exploraciones, en la eventualidad de no poseer información geotécnica del predio en
cuestión, el muestreo deba ser efectuado en forma continua para no perder
información y optimizar, en las exploraciones restantes, las tareas de muestreo y ensayos
a realizar.
C 4.8.2. Penetración dinámica
El objetivo de la reducción de sección entre el cono y la barra es el de suprimir la
resistencia friccional entre las barras y las paredes de la perforación, con el fin de obtener
Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos
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la resistencia por punta del estrato penetrado y no una resistencia acumulada de todo el
perfil. No obstante, en ciertos tipos de suelos y a determinadas profundidades, la
influencia de la fricción debe ser considerada para un correcto análisis de los resultados.
La resistencia lateral puede ser anulada totalmente si previamente a cada ensayo de
penetración dinámica, se realiza primero una perforación de mayor diámetro que la base
del cono hasta una profundidad donde se desee realizar el ensayo, o bien mediante la
utilización de un dispositivo deslizante alrededor del tren de barras de perforación.
La utilización exclusiva de la penetración dinámica tiene por finalidad la corroboración de
la información geotécnica obtenida durante la investigación por métodos convencionales,
lo que permite interpolar la información resultante de las perforaciones de manera rápida y
económica.
C 4.8.7.1. Generalidades
El ensayo de penetración estático se conoce también como ensayo de cono o sondeo
estático. Existen varios tipos de penetrómetros estáticos analizados por el Subcomité de
estandarización para los ensayos de penetración de la International Society of Soil
Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE), pero sólo se considerarán dos tipos:
el penetrómetro de cono holandés mecánico y el electrónico, por ser los más
difundidos en nuestro ámbito.
C 4.8.3.2. Penetrómetro de cono holandés mecánico
Con el fin de generar un trabajo preciso, se debe tener en cuenta el peso de las barras
interiores.
En suelos muy blandos y a grandes profundidades, el peso de dichas barras puede
ejercer una presión en el cono, superior a la impuesta por el sistema hidráulico,
imposibilitando así la toma de registros de resistencia por punta. Este efecto puede ser
minimizado si se utilizan barras interiores de aluminio.
Previamente a cada exploración y una vez finalizada la misma, se deberá verificar que
las barras interiores deslicen libremente dentro de las exteriores, que ambas se
encuentren rectas y lubricadas con aceite en su interior y que el cono y el manguito
puedan deslizarse sin impedimento. Asimismo se calibrarán periódicamente la celda de
carga y los transductores de presión.
C 4.8.3.5. Ventajas y limitaciones
Las profundidades de investigación estarán condicionadas por la resistencia que pueda
soportar el cono así como la disponibilidad de fuerza para hacerlo penetrar y el tiro
necesario para posteriormente extraerlo del terreno.
En términos generales, la capacidad del ensayo queda truncada al encontrarse estratos de
arena muy densa, gravas y roca.
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En ciertos casos, la presencia de bloques en suelos aluvionales, puede condicionar la
aplicabilidad del método.
Así como la resistencia por punta puede ser determinante, la fricción en suelos friables o
en exploraciones a grandes profundidades puede agotar la capacidad del equipo
disponible.
Para sobrellevar este inconveniente se deben colocar anillos reductores de fricción que
abracen el tren de barras exterior a distintas profundidades, evitando así el contacto entre
las barras y el suelo circundante. Cuando eventualmente un ensayo de penetración
estática fuese interrumpido por alguno de los motivos precedentes, queda como último
recurso realizar una pre-perforación de mayor diámetro dentro de la cual se descenderá
nuevamente el tren de barras para comenzar un nuevo ensayo de penetración estática
desde la profundidad en que se concluyó la pre-perforación.
C 4.8.4.3. Procedimiento del ensayo
Generalmente el ensayo se interrumpe cuando el número de golpes necesario para
hincar un tramo de 75 mm alcanza los 50 golpes con el fin de no dañar el equipo. No
obstante es posible penetrar capas delgadas de suelos duros con un conteo de golpes
superior a los 200 sin detrimento del equipo.
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