CapI_ 01-17

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Universidad de Los Andes

Facultad de Ingeniera

Departamento de Vas

- Tipos de Fundacin yTipos de Fundacin yElementos de la FundacinElementos de la Fundacin

Prof. Silvio Rojas

Enero, 2007

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Fundaciones

.::.:: Capitulo ICapitulo IInvestigacin del SubsueloInvestigacin del Subsuelo Tipos de Fundacin y Elementos de la FundacinTipos de Fundacin y Elementos de la Fundacin

I.I.Fases para Proyectos Ingenieriles.Fases para Proyectos Ingenieriles.

Tabla N 1.- Objetivos de los estudios geolgicos geotcnicos en funcinde las fases del proyecto.Fases del ProyectoFases del Proyecto Objetivo GeolgicoObjetivo Geolgico GeotcnicosGeotcnicos

Estudios previos y de Viabilidad geolgica Condiciones geolgico geotcnicas generales

Anteproyecto Seleccin de emplazamientos y trazadosClasificacin geotcnica de materialesSoluciones geotcnicas aproximadas

Proyecto Caracterizacin geotcnica detalladaParmetros geotcnicas para el diseo de estructuras,excavaciones, cimentaciones, etc.

Construccin Control geotcnico e instrumentacin.Verificacin y adaptacin del proyecto.

Explotacin

Control de la respuesta terreno estructura.AuscultacinEnero,2007

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Tabla N2.- Desarrollo de las investigaciones in situFases delProyecto

ActividadesCaractersticas

Trabajos de Investigacingeolgicas geotcnicas

Revisin deInformacin(s.r intervienendiferentes disciplinas)

Topografa y RelieveHidrologa e hidrogeologaMapas geolgicos regionalesHistoria geolgicaSismicidad otros ries os eol icos

Estudios previosy de viabilidad

Foto-interpretacin(s.r Puede ser hechopor un gelogo)

Fotografas areas y teledeteccin.GeomorfologaLitologas y estructurasRiesgos geolgicosCartografa geolgicas de sntesis.

Visita y reconocimientoprevio de campo(s.r gelogo,geotcnico, hidrulico,

vas, gegrafo)

Reconocimiento de suelos y rocas.Fallas y estructuras.Datos hidrogeolgicos, drenajeGeomorfologa, estabilidad de laderas,subsidencias, hundimientos inundaciones, etc.

Problemas geoambientalesAccesos y situacin de investigacin in situ.

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Fases delProyecto

ActividadesCaractersticas

Trabajos de Investigacingeolgicas geotcnicas

Anteproyecto(s.r permitedefinir losemplazamientos,trazados ysoluciones

Cartografa geolgica geotcnica (esc1:5000- 1:10000)

Litoestatigrafia y estructura.Geomorfologa e hidrogeologaClasificacin y propiedades de los materiales

Datos hidrolgicos

Identificacin de zonas inundables karsticasde encharcamiento, de escorrentas, etc.

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aproximadas) Regionales y locales.

Proyecto(s.r Propuestasdefinitivas dediseo)

Investigacionesgeotcnicas bsicas1

Sondeos y calicatasProspeccin y geofsicaEnsayos in situ y ensayos de laboratorio

Investigacionesgeotcnicas de detalle2

Sondeos y calicatasProspeccin y geofsicaEnsayos in situ y ensayos de laboratorio

Cartografa geotcnicade detalle (esc 1:500 1:2000)

Mapas geolgicos geotcnicos de detalle.Sectorizacin y propiedades geomecnicas.

1.- Investigaciones bsicas: se refieren a sondeos espaciados y ensayos de identificacin, principalmente2.- Investigaciones detalladas: se refieren a sondeos en cada estructura y en toda la zona del proyecto ensayos insitu y ensayos de laboratorio completos

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Fases del ProyectoActividades

CaractersticasTrabajos de Investigacingeolgicas geotcnicas

Seguimiento geotcnico(s.r inspeccin)

Planos geotcnicos de la obraEstabilidad de excavaciones y tneles.Control de parmetros geotcnicos.

Construccin

.

Instrumentacin

Instalacin y lectura instrumental.(s.r inclinmetros, extensmetros,piezmetros )Ensayo in situ(s.r densidad de campo, CBR,resistencia roca, etc. )Control de calidad(s.r granulometra, concreto)

Explotacin Auscultacin Seguimiento obra-terreno

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Tabla N 3.- Influencia del medio geologico y del relieve en la planificacin de lasinvestigaciones in situ.

Factores Geolgicos

y Geomorfolgicos

Caractersticas

Predominantes

Influencia en las

investigaciones in situ

Rocas sedimentarias y

Formaciones relativamenteuniformes en reas extensasEstructuras bien definidas y

Mayor fiabilidad en laexplotacin e interpretacingeolgica.

origen sedimentario Las rocas de origen marino

son mas uniformes y continuasque la de origen continental

Menor numero relativo deprospeccionesMayor utilidad de los sondeos.

Rocas gneas

extrusivas

Estructuras estratiformesGran heterogeneidad yanisotropa litolgica

Necesidad de mayor nmero desondeos

Difcil interpretacin de lastcnicas geofsicas

Rocas gneas intrusitasGran variacin tanto litolgicacomo geomtrica de los

cuerpos intrusivos

Mayor dificultad en laextrapolacin geolgicaDifcil delimitacin geomtrica

de los cuerpos intrusivosBuena utilidad de la geofsica

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Factores Geolgicosy Geomorfolgicos

CaractersticasPredominantes

Influencia en las investigacionesin situ

Estructuras tectnica(s.r discontinuidades:diaclasas, foliacin,estratificacin, fallas,

pliegues, etc.)

Gran continuidadMateriales blandos derellenoAnisotropas a cada ladode la estructura

Gran utilidad de los mtodos de

geologa estructural cartografageolgicaNecesidad de sondeos y geofsica

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Relieve bajo

aluviales, suelos, rocasblandas. Mal drenaje

Buena utilidad geofsica

Relieve moderado aalto

Control litolgico-estructural del relieveRocas, suelos, depsitos

coluviales y aluviales

Alto costo de los sondeosImportancia de los accesos en laplanificacin.

Relieve accidentadoy escarpado

Rocas durasAlto controllitoestructural del relieve.Depsitos coluviales e

inestabilidad de laderas

Alto costo de sondeos.Limitaciones climticasGran utilidad de la geologa desuperficieCondiciones adversas parainvestigaciones in situ.

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Tabla N4.- ndices de costos Beneficios en fases de investigacin para un proyecto

Actividad Costo Beneficio Beneficio/Costo

Revisin deInformacin

Bajo Muy Alto 2.7

Reconocimientode Campo

Bajo amedio

Bajo amedio

2.7 a 1.6

Ensayos delaboratorio

Bajo amedio

Alto abajo

2.3 a 0.6

Investigacionesin situpreliminares

(anteproyecto)

Medio aalto

Alto abajo

1.4 a 0.4

Investigacionesin situ(proyecto)

Alto Alto 1.0

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Tabla N5.- Informacin a consultar durante la fase de estudios.-

Materia Documentacin Fuentes de Informacin es Espaa.

Topografa

Mapas Topogrficos.Fotografas areas.

Instituto Geogrfico Nacional (IGN)Servicio Geogrfico del Ejrcito (SGE)Comunidades Autnomas.

Fotointerpretacin y Fotografas areas

INGSGE

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teledeteccin.

Imgenes de satlite. Comunidades AutnomasAyuntamientos

Geologa

Mapas geolgicos.Informes u memoriasgeolgicas.Fotografas areasMapas edafolgicos.

Instituto Geolgico Minero de Espaa(IGME)

Universidades y Centros de Investigacin.Comunidades Autnomas.

ProblemasGeotcnicos

Publicacionesgeotcnicas.Informes geotcnicos.Mapas geotcnicos.

Ministerio de Fomento.Ministerio de MedioambienteConfederaciones Hidrogrficas.IGME CEDESUniversidades y Centros de Investigacin.

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Hidrogeologa eHidrologa.

Mapas hidrogeolgicos.Mapas topogrficos.Fotografas areasDatos de pozos y sondeos.Informes hidrogeolgicos.Mapas de riesgo de

IGME.

Ministerio de MedioambienteConfederaciones Hidrogrficas.Comunidades Autnomas.Universidades y Centros deInvestigacin.

DatosMetereolgicos

Registros pluviomtricos yde temperaturas.

Instituto Nacional de Meteorologa.

Datos Ssmicos Datos de terremotos y

normas sismorresistentes. ING

Minera yCanteras

Mapa de rocas industriales.Registro de minas ycanteras.Mapas de investigacin.

IGME.D. Gral de Minas; Jefaturas deMinas.Comunidades Autnomas.

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Usos del Suelo.

Planes de ordenacin y

usos del suelo.Fotografas areasMapas Topogrficos.

Ayuntamientos.Comunidades Autnomas.Ministerio de Agricultura.

Datos Re istros mineros.

medioambientales y de recursosnaturales.

Mapas medioambientales.Estudios previosmedioambientales.

n ster o e e oam ente.Comunidades Autnomas.IGME

Construccionesy servicios

existentes.

Mapas Topogrficos.Fotografas areas.Catastro Minero

Comunidades Autnomas.Ayuntamientos.Jefatura de minas.

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PERFORACINPERFORACIN

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II.II.-- AVANCE ENAVANCE EN UNAUNA PERFORACINPERFORACIN

Tabla N6.-Descripcin de los mtodos de avance de una perforacin.

Descripcin Sondas Lavado Barreno(Percusin) RotacinRoto-percusin

EquipoVer figuras:

1,2,3,4,5

Ver figuras:

6,7,8,9

Ver figuras:

10,11

Ver figuras:12,13,14



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, , , , ,

Dimetros y

longitudes

Manuales:

=1a 4 cm

L=1m o ms

Mecanizadas:=10 a 60 cm

=0.4 a 1.5m

=2m

Revestimiento:

Por ejemplo,

=3

barra=2 3/8

sondeo= 3

Long-barras=3m

barreno= 20-60 cm

Long-barreno=1 m 1.60 m

barras:diferente alutilizado enperforacin porlavado.

Longitud, funcinde la cantidad debarras y cotas deinters.

Dimetros, vertabla anexa. Sepuede apli car enuna extensa gamade profundida desy dimetros.

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Descripcin Sondas LavadoBarreno

(Percusin)

Rotacin

Roto-percusin

Mecanismode avance

Presin +rotacin

Revestimiento,puede llegar a5m.

*Inyectar agua

El material defondo estriturado por elbarreno y se

Se logra al rotar lasbarras de perforacin,conectadas a lasbrocas que cortan,



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a presin

*Izar, girar ydejar caer lasbarras.

*agua+barras+trepano,aflojan elmaterial.

especie debarro en elfondo.

material del fondo. Larotacin vaacompaada depresin hidraulica omecnica de las barras

y brocas, contra elfondo.

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(Percusin)

Rotacin

Roto-percusin

Extraccindel material Manuales:extraccinde labarrena.

El agua deretorno traeensuspensinlos detritos.

Cuando el tcnicoconsidera que elbarro en el fondointerfiere albarreno, se limpia

El material convertido enpequeas partculas, selava y se extrae por mediode agua inyecta da apresin a lo largo delinterior de las barras



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Mecanizadas:Extraccincontinua.

la perforacin conuna cuchara saca-lodos.

cavidades de la broca.

Las partculas ensuspensin suben a lasuperficie a travs delespacio existente entre labarra y las paredes de la

perforacin.La extraccin del materialtambin puede llevarse acabo a travs de un tubosingle, con un retenedor.Esto permite el muestreo

continuo.

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(Percusin)

Rotacin

Roto-percusin

Agua en laperforacin

No requiereagua porencima delnivel fretico.

El nicomomentodonde no seinyecta agua

No se requiereagua en laperforacin, solouna pequea

Es necesaria para elenfriamiento de lasbrocas y retorno delmaterial a la



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muestreo.

formar unaespecie debarro.

.

Alteracindel material.

Totalmente.

Vara su

estructura yun poco eltamao de losfragmentos.

Totalmente.Los detritos

que trae lasuspensin,no sirven parahacer unabuenadescripcin.

Totalmente. En materiales duros,puede mantenerse la

estructura delmaterial, en loscilindros cortados.Materiales blandospuede que se pierdanalgunas partculas por

accin de las brocas.Prof. Silvio Rojas

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(Percusin)

Rotacin

Roto-percusin

Composicindel materialextrado.

La misma delsuelo de fondo, con ciertavariacin delsuelo del

No tiene lamismacomposicin,especialmentecuando existen

No secorrespondecon elmaterial yaest

Ver cuadroanterior.



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es ra o e

dondeproviene

nos. repano

tambin triturael material.

o a men e

triturado.

Avance confacilidad enmateriales

Arcillasblandas,arenosas no

muy cementadas, ensuelos pococementados yque no

requieranrevestimiento

En la mayora delos suelos,excepto en

excepcionalMente duros ocompactos.

No avanzacon facilidad,pero es til

en suelosgranulares

Gravosos,bolos y pococementados.

En suelos conalta compacidad,consistencia

cementacin. Enrocas o peones.

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(Percusin)

Rotacin

Roto-percusin

Dificultadpara elavance enmateriales.

En suelosarenosos ylimosos nocohesivos(derrumbami

En suelosexcepcionalmente duros ycompactos.

En eones

No aplicar enarenassueltas. Lentoen arcillas ylutitas

Se vuelve lento endepositos quecontengan gravas degran tamao,fragmentos de roca ycantos en matriz de



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ento).

En gravas,peones, arenasmuycementadas(equipos

modernos yano tienen eseinconvenien te)

bolos, gravasgruesas,tambinpresentandificultad.

En estos casosel avance seramuy lento.

pegajosas.

(trepano sepega al esematerial y sedificulta suextraccin)

mala cimentacin.( S.RMaterial que puedesufrir desplazamientosrelativos por la accinde la broca).

En algunos de estos

casos problemticos,se recurre aoperaciones decementado de lacavidad, para fijarelementos sueltos, yposteriorreperforacin.

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(Percusin)

Rotacin

Roto-percusin

Longitudmxima deavance.

Manualesde 5 a 8m.

Mecaniza

Comnmenteentre 20 y25m, hasta30.

El espesor delestrato gravoso,de cantos, que sepuede atravesar.(recuerde que es



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ms.lento) puedeaplicar lemtodo derotacin.

Trpode. Manuales:esnecesarioarmarlopara laextraccinde las

barrenas.

Necesariopara hincarrevestimientoy el hizado delas barras delavado.

Necesario paraaplicar impactodel barreno alsuelo.

Es necesario parala extraccin delas barras y eltubo tomamuestras.

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(Percusin)

Rotacin

Roto-percusin

Ubicacin delnivel fretico.

Fcilmente seubica el N.F.en arcillasdonde se hacedifcil.(se

Se dificultapor la constante inyeccin deagua. Se debeextraer el agua

Dificultad porel agua que seagrega al fondopara formaruna especie de

Difcil por laconstanteinyeccin de agua.



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per ora s n

inyeccin deagua)

y esperar a que

llene deacuerdo a lapermeabilidad.

o o.

Revestimiento. En materialessueltos,

especialmentepor debajo delN.F. Tambinen arcillassensibles.

Se coloca por logeneral los

primeros 5 m.

En los materiales donde se

aplica elmtodo, existedificultad en lacolocacin delrevestimiento.

S.R. En suelosduros y roca, los

primeros 3m, 0.6-1m (no esnecesario). Suelosque pueden sufrirderrumbes, se debecolocar en toda la

longitud de laperforacin.

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(Percusin)

Rotacin

Roto-percusin

Revestimiento. En arenas pordebajo del N.F. noes posible efectuarperforaciones,



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no permaneceadherido.

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(Percusin)

Rotacin

Roto-percusin

Otroscomentarios. Sondas de grantamao puedenextraer cantos,peones hastaun tamao

Estrato de arcillaentre estratos dearena, pueden noapreciarse en lasuspensin.

Dificil paradetectarestratosdelgados.

Este sistema deperforacinpermite definircon seguridad laprofundidad del



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menor que elpaso del hlice.Hay que teneren cuenta dequprofundidad

proceden esosdetritos, lavelocidad a lacual asciendenen sondeo.

El material queregresa asuperficie nosindica que tipode suelopredomina.

La accin deltrepano o cin cel,pueden convertirG. gruesas enfinas.

perforacin seacostumbra amantenerpracticamenteseca.

manto base deroca, as como sugrado demeteorizacin.

Costo deperforacin,aproximadamente3 a 4 veces laperforacin porlavado.

En este sistema.

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Revestimiento

Porta testigosVarillaje

Revestimiento

ext.

Anillocortante del

Revestimiento

Corona

ext.

Varillaje

ext.

Dimetroaproximadodel sondeosin entubar

Dimetroaproximadodel testigo.

Tabla N7.-Datos de dimetros de las barras de perforacin y brocas



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Fundaciones

EX E 1 13/16 1 27/32 1 7/16 15/16 1 7/8

AX A 2 2 5/16127/32

1 5/8 1 7/8 1 3/16

BX B 2 7/8 2 15/16 2 5/16129/32 2 3/8 1 5/8

NX N 3 3 9/16215/16

2 3/8 3 2

3 0.563 0.5

2 0.94 2 0.38 2 0.5

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Tamao Dimetro Exterior ( " ) Dimetro Nucleo ( " )

EX 1 " 1 3/16

Tabla N8.-Dimetros de brocas.



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Fundaciones

AX 1 15/16 1 3/16

BX 2 3/8 1 5/8

NX 3 2 1/8

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Fundaciones

Fig.1 .- Barrenas para

operacin manual. (a) Helicoidal.(b) porteadora

Fig.2 .- (a) Brocas dedesmuestre. (b) Sonda de

mano con broca y lasdistintas piezas de sondeo.

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Fundaciones

Fig. 3.- Sonda de broca montada en camin.

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Fundaciones

Fig. 4.- Perforacin y muestreo con barrena helicoidal

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Fundaciones

Mquina hidrulicarotativa.

Dimetro mximo

2.5 m y 77 m prof.mx.

Fig. 5.- (a) Barreno de trayectoria continua. (b) Barreno de trayectoria

corta.Prof. Silvio Rojas

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U i id d d L A d

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Fig. 6.- Esquema del equipo para perforacin por lavado. Disposicinpara hincar el revestimiento.

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U i id d d L A d

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Fig. 7.- Esquema del equipo para perforacin por lavado. Disposicin parala remocin del suelo por lavado y barrenado.Prof. Silvio Rojas

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La perforacin por lavado elmaterial disgregado y sobrantees extrado a la superficie pormedio de un fluido (aire oal n l uido ue im ulsado

por una bomba, circula en elinterior del varillaje, pararetornar al exterior

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Fig. 8.- Sonda de

inyeccin y trpanostpicos.

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Fig. 9.- Hincadura delrevestimiento. (a)Disposicin del martillo decada libre. (b Mordaza dea u er a

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Trepano:

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Barrn:La longitud delbarrn deperforacin varanormalmente

disgregacin y trituracin de laroca.

100 y 500 kg para pozospequeos y de mediano dimetroy

de 500 a 1200 kg para pozos degran dimetro.

DESTRABADOR o tijera

permiten un juego longitudinal,de unos 20 30 cms, gracias al

Fig. 10.- Esquema de equipo para

perforacin por percusin.

entre 3 y 5 m y su

peso entre 400 y1000 kg.

sirve de gua

Y peso

cual se puede golpear hacia

arriba, mediante tirones delcable y resolver los pequeosatranques que haya podidotener el trpano,

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Trepano estrella o cruciforme:

Adecuado para perforar formaciones estratificadas con

buzamiento, donde exista una tendencia a producirsedesviaciones en las perforaciones.

Trepano californiano:

Presenta hombros escurridizos y biselados para evitaratranques en su movimiento hacia arriba.

Trepano salomnico:

Adecuado para formaciones blandas, con tendencia aldesprendimiento, sobre todo si son plsticas, pues las carasdel trepano alisan y compactan con su roce las paredes de laperforacin.

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Dimetro trepano Dimetro entubado

(mm) (mm)

580 590 500

480 490 400

380 390 300

Fig. 11.- Barreno o trpano para el

procedimiento de perforacin con cable.

300 310 250

250 260 200

200 210 150

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U i id d d L A d

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Recipiente para recoger lodos

Barra de perforacin

Macdril

Fig. 12.- Esquema de un equipo para perforacin rotatoria.

Gato hidrulico que hacepresin al varillaje, paraque penetre la corona enel terreno.

Barra de perforacin

Broca que se cambia por el muestreadordurante las operaciones de muestreo

Barra de perforacin principal

Recipiente para sedimentos

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Coronas Tubera De Revestimiento

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Sistema Tamao(mm.)

Dimetroperforacin(mm.)

Dimetro

Testigo(mm.)

Tamao(mm.)

Dimetroexterior(mm.)

Dimetro interior(mm.)

Peso

(Kg/m.)

SistemaMtrico decraelius

36

46

56

66

7686

101

116

131

36

46

56

66

7686

101

116

131

22

32

42

52

6272

84

86

101

35

44

54

64

7484

98

113

128

35

44

54

64

7484

98

113

128

29

37

47

57

6777

89

104

119

1,4

3,5

4,4

5,2

6,37,2

10,5

12,4

13,8

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146 146 116 143 143 134 15,4

SistemaamericanoDiamondcoreDril

manuf.Assoc.of USA

EX

AX

BX

NX

HX

23/4" x37/8

4' x 51/2

6" x 73/4

Wireline

AQ

BQNQ

HQ

37,7

48,0

60,0

75,5

99,2

98,4

139,6

196,9

48,0

60,075,7

96,0

21,4

30,1

42,0

54,7

76,2

68,3

100,8

151,6

27,0

36,547,6

63,5

EX

AX

BX

NX

4

6

8

EX

AXBX

NX

46,0

57,2

73,0

88,9

129,0

187,0

239,0

46,0

57,273,0

88,9

38,1

48,4

60,3

76,2

102,0

154,0

203,0

38,1

48,460,3

76,2

4,1

4,5

9,0

11,8

16

30

39

4,1

4,59,0

11,8

U i id d d L A d

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Notas:

. Sondeos con prof. > 100 m (ejemplo estudio de tneles), debern

realizarse por el sistema wire line, que condiciones especiales encuanto al tipo y potencia de maquinaria, tipos de tuberas de

,

cuanto a los dimetros de perforacin.La principal de sus particularidades se basa en que en el tren deperforacin el varillaje es casi del mismo dimetro que el tuboportatestigo, y permite extraer el testigo por el interior del varillaje sinsacar la maniobra.

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Fig. 13.- Sonda rotatoria de cuchara. La guiadera de la barra maestra no hallegado todava al anillo de apoyo y de giro.

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Fig. 14.- Extremo de la cuchara rotatoria. Vista parcial del anillo que sujeta laguiadera de la barra maestra.

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Motor de gasolina

Fig. 15.- Sonda rotatoria montada en remolque.

Cabrestante

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Nx:

Fig. 16.- Coronas de diamantes y ensanchador.

Dimetro ext = 2 15/16Dimetro sondeo = 3

Dimetro de testigo = 2

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La perforacin a rotacin serealiza mediante el giro de unaherramienta de corte que esimpulsada por un varillaje.

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Esquemas de accesorios en un avance por rotacin en rocas:

Tubo interno muestreador Longitud = 3m y dimetro de 2

Culatn, conectado al tubo muestreador. Longitud = 0.80 m. Sirve para sacar el tubo

M muestreador de la perforacin. Pescante del culatn. Conectado a la guaya del cabrestante para sacar el tubo muestreador.


Fig. 17.- Tubo doble, tubo muestreador, accesorio para extraer tubo interno y

broca enel extremo del tubo doble.Prof. Silvio Rojas


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Fig. 18.- Detalles de conexin broca tubo doble; detalles del extremo del tubo

interno donde encaja el Pescante para extraerlo.

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Fig. 19.- Seccin de la mquina perforadora mostrando algunos detalles.

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Fig. 20.- Vista de la tubera de perforacin dentro de la masa rocosa.

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Control de la longitud de perforacin:

Las barras externas se les mide la longitud, las cuales por lo general sonde 3m.

Por ejemplo, si dentro de la perforacin se han metido 10 barras de 3.05m, ms el tubo doble de 4.10 m (el primero que est dentro de laperforacin), significa que la longitud total de la perforacin ser: L = 10x3.05 m + 4.10 m.

Sin embargo la ltima barra, no penetra totalmente, debido a que parte de

ella que da dentro del mandril. Es decir la mxima longitud que penetra laltima barra es cuando el pto A a llegado al pto A; la distancia que existedel pto A al pto B, es lo que no penetra la barra, y esta altura tiene un valorde 1.40 m.

El pto B, es correspondiente a la superficie del terreno.Prof. Silvio Rojas

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