TOMA DE MUESTRA DEL CAMPO

1) FUNDAMENTO TEÓRICO.-

Investigación del suelo. – Por lo general, no se asigna a esta primera operación la importancia que merece. El estudio del sitio donde se proyecta construir, un puente, un pavimento, una edificación, etc. y particularmente la operación de obtener muestras, se deja muchas veces en manos de personal poco experimentado.

Tanto el estudio del sitio donde se proyecta levantar una estructura, como la obtención de muestras, son de gran importancia y deberán hacerse bajo la dirección y constante supervisión de un ingeniero especialista o de un geólogo. El estudio del suelo no debe limitarse al lugar donde estará situada la estructura, sino que debe comprender toda la zona circunvecina. El estudio del sitio debe comprender los principales accidentes naturales del terreno, como ser: quebradas, riachuelos, zonas

Anegadas, vegetación existente, etc. estos datos son muy valiosos para poder proyectar sistemas de drenaje, prevenir y evitar deslizamientos que pudieran presentarse posteriormente, etc. Así mismo, el conocimiento de las características de la región: si es o no una zona lluviosa, etc.
Hoy en día el estudio del sitio se ha simplificado grandemente pues se cuenta con una información valiosa y detallada proveniente de los levantamientos topográficos que se realizan, de los estudios geológicos y los levantamientos aerofogramétricos. Todos estos datos proporcionan valiosa ayuda al ingeniero o geólogo que esta a cargo del estudio de una zona determinada.

Perfil del subsuelo. – Una vez conocidos los perfiles topográficos de la zona y establecida que haya sido la subrasante es conveniente conocer el "perfil del subsuelo", es decir, conocer las clases de material que forman el subsuelo a diferentes profundidades. Un perfil del suelo nos proporciona información valiosa acerca de las clases de material o materiales existentes, situación de las mapas de agua, etc.

Por regla general, deben obtenerse muestras del material tanto en sitios que quedan sobre la subrasante como debajo de ella. Las muestras que se obtengan en los sitios que quedan encima de la subrasante, nos permitirá conocer las clases de material que se usaran en terraplenes y rellenos en general.

En cambio las muestras que obtengamos en aquellos sitios que quedan por debajo de las subrasante, nos permitirá conocer las condiciones de estabilidad que presenta el terreno de fundación.

Tipos de sondeos. – Los tipos principales de sondeos que se usan en Mecánica de Suelos para fines de muestreo y conocimiento del subsuelo, en general, son los siguientes:

Métodos de exploración de carácter preliminar
a) Pozos a cielo abierto, con muestreo alterado o inalterado.
b) Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o métodos si­milares.
c) Métodos de lavado.
d) Método de penetración estándar
e) Método de penetración cónica.
f) Perforaciones en boleos y gravas (con barretones, etc.)

Métodos de sondeo definitivo
a) Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado.
b) Métodos con tubo de pared delgada.
c) Métodos rotatórios para roca.

Métodos geofísicos
a) Sísmico.
b) De resistencia eléctrica.
c) Magnético y gravimétrico.
A continuación se describen brevemente los diferentes métodos men­cionados.

Sondeos exploratorios

a) Pozos a cielo abierto
Cuando este método sea practicable debe considerársele como el más satisfactorio para conocer las condiciones 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. La exca­vación se encarece mucho cuando sean necesarios ademes y haya excesivos traspaleos a causa de la profundidad.
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 con 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 conocedor.
En estos pozos se pueden tomar muestras alteradas e inalteradas de los diferentes estratos que se hayan encontrado. Las muestras alteradas son simplemente porciones de suelo que se protegerán contra pérdidas de humedad introduciéndolas en frascos o bolsas emparafinadas. Las muestras inalteradas deberán tomarse con precauciones, generalmente labrando la muestra en una oquedad que se practique al efecto en la pared del pozo. La muestra debe protegerse contra pérdidas de humedad envolviéndola en una o más capas de manta debidamente impermeabilizada con brea y parafina.

b) Perforaciones con porteadora, barrenos helicoidales o métodos similares
En estos sondeos exploratorios la muestra de suelo obtenida es completamente alterada, pero suele ser representativa del suelo en lo referido a contenido de agua, por lo menos en suelo muy plástico. La muestra se extrae con herramientas del tipo mostrado en la figura A-1
Los barrenos helicoidales pueden ser de muy diferentes tipos no solo dependiendo del suelo por atacar, sino también de acuerdo con la preferencia particular de cada perforista. El principio de operación resulta evidente al ver la figura, 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.

También se utilizan las posteadoras a las que se hace penetrar en el terreno ejerciendo un giro sobre el maneral adaptado al extremo superior de la tubería de perforación.
Las herramientas se conectan al extremo de una tubería perforada, 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 estos casos es preferible recurrir al uso de cucharas especiales, de las que también hay una gran variedad de tipos.
Las muestras con 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 se hace necesario ademar 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.

c) Método de lavado
Este método constituye un procedimiento económico y rápido para conocer aproximadamente la estratigrafía del subsuelo (aun cuando la experiencia ha comprobado que pueden llegar a tenerse errores hasta de 1 m al marcar la frontera entre los diferentes estratos). El método se usa también en ocasiones como auxiliar de avance rápido en otros métodos de exploración. Las muestras obtenidas en lavado son tan alte­radas que prácticamente no deben ser consideradas como suficientemente representativas para realizar ninguna prueba de laboratorio.
El equipo necesario para realizar la perforación incluye un trípode con polea y martinete suspendido, de 80 a 150 kg de peso, cuya función es hincar en el suelo a golpes el ademe necesario para la operación. Este ademe debe ser de mayor diámetro que la tubería que vaya a usarse para la inyección del agua. En el extremo inferior de la tubería de inyección debe ir un trépano de acero, perforado, para permitir el paso del agua a presión. El agua se impulsa dentro de la tubería por medio de una bomba.
La operación consiste en inyectar agua en la perforación, una vez hincado el ademe, la cual forma una suspensión con el suelo en el fondo del pozo y sale al exterior a través del espacio comprendido entre el ademe y la tubería de inyección; una vez fuera es recogida en un reci­piente en el cual se puede analizar el sedimento. El procedimiento debe ir complementado en todos los casos por un muestreo con una cuchara sacamuestras apropiada, colocada al extremo de la tubería en lugar del trépano; mientras las características del suelo no cambien será su­ficiente obtener una muestra cada 1.50 m aproximadamente, pero al notar un cambio en el agua eyectada debe precederse de inmediato a un nuevo muestreo. Al detener las operaciones para un muestreo debe permitirse que el agua alcance en el pozo un nivel de equilibrio, que corresponde al nivel freático (que debe registrarse). Cualquier al­teración de dicho nivel que sea observada en los diferentes muestreos debe reportarse especialmente.
En la Fig. A-3 aparece un esquema del equipo de perforación y algunos modelos de trépanos perforados.

En la Fig. A-4 se muestran algunos de los más usados modelos de muestreadores que se colocan en el extremo inferior de la tubería de inyección a fin de obtener muestras representativas.
Los tipos a), b) y c) se introducen a golpes en el suelo y de ellos quizá el más común es el de media caña, así llamado por poder dividirse longitudinalmente para facilitar la extracción de la muestra. El muestreador de trampa de muelles tiene en su parte inferior unas hojas metá­licas que dejan entrar la muestra en la cámara inferior, pero que dificultan su salida. El cucharón raspador (c), es de utilidad para el muestreo de arenas bajo el nivel freático y funciona, naturalmente, por rotación.