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SERVICIO DE PERFORACIÓN DIAMANTINA Y GEOTÉCNIA

La geotecnia es una de las ramas más relevantes dentro de la ingeniería civil. Entre sus aplicaciones principales se encuentran el diseño de las cimentaciones y taludes, control de las napas freáticas, diseño de túneles, puentes y presas.

La geotecnia está íntimamente vinculada a cualquier tipo de construcción o edificación ya que es el terreno (en la mayoría de los casos) donde se asientan las cimentaciones, bases de sustentación de las construcciones en general.

Esta disciplina abreva en otras fuentes que le sirven para el estudio específico del terreno de cimentación, algunas son: la geología y la topografía. También se vale de la física, hidráulica y la teoría de resistencia de los materiales.

Geotecnia
El ingeniero geotecnista Julio Aníbal Cuentas Quenaya, sostuvo que el estudio geotécnico se realiza previamente al proyecto de una construcción y/o excavación y tiene por objeto determinar la naturaleza y propiedades del terreno, necesarios para definir el tipo y condiciones de cimentación.

“La cuestión de fondo que se plantea es la siguiente: “el Estudio Geotécnico debe realizarse por y para el proyecto”, de manera que la información que contenga y sus conclusiones sirvan a la elaboración del proyecto y a su ejecución. En caso contrario, la emisión del informe geotécnico se quedará en un requisito formal, muchas veces falto de sentido y, tal vez por ello, muy reducido en su coste y contenidos”, indicó.

En este sentido, hay una serie de aspectos destacables de un Estudio Geotécnico bien realizado, de los cuales puede beneficiarse el proyectista:

– El subsuelo de la parcela aparece “radiografiado” mediante una serie de perfiles geotécnicos, donde se indican las distintas capas del subsuelo y su disposición espacial.

– Cada capa (o cuerpo de terreno) tiene una denominación geológica concreta y, de forma sintética, se encuadra en una clasificación unificada de suelos (USCS). Esta clasificación lleva emparejado un comportamiento geomecánico concreto.

– A cada capa (o cuerpo de terreno) se le asignan una serie de propiedades geotécnicas (humedad, peso específico, índice de plasticidad, número N del SPT, cohesión, ángulo de rozamiento interno, etc.) A partir de ellas se ha calculado la carga admisible de los niveles de apoyo y, en su caso, los asientos previsibles del terreno frente a las cargas del edificio.

– Si se dibujan en alzado los niveles de excavación, o de apoyo de los cimientos, sobre los perfiles geotécnicos, se puede obtener una idea de la configuración e influencia del terreno bajo la cimentación y sobre las paredes de la excavación.

– Diversas apreciaciones sobre el grado de excavabilidad del terreno, o la estabilidad a corto plazo de los taludes, permiten definir el método de excavación más adecuada (y su coste) y la eventual necesidad de elementos de contención, provisionales o definitivos.

– Por último, la presencia de un nivel freático poco profundo en el terreno (y sus variaciones) no pueden coger desprevenido al proyectista. Su conocimiento previo permite incluir en el proyecto sistemas adecuados de impermeabilización o drenaje. Y, en ocasiones, la presencia de agua hace necesario el empleo de procedimientos especiales durante la excavación de los sótanos (bombas de achique, muros pantalla, etc.)
Herramientas de trabajo

Antes de acometer cualquier proyecto u obra de ingeniería civil o edificación, es necesario conocer las características del terreno sobre el que se va a asentar. Con este fin, se debe realizar un reconocimiento geotécnico del terreno, cuyos objetivos son:

Definición de las condiciones geológicas e hidrogeológicas de la zona, con sus perfiles estratigráficos, así como las propiedades físico-mecánicas del suelo y todas las características del mismo, necesarias para el cálculo y proyecto correspondiente, previendo las posibles variaciones que introducirá la obra en las condiciones del terreno.

Definición de la tipología y dimensiones de la obra, de tal forma que las cargas generadas por cimentaciones, excavaciones y rellenos, o las cargas soportadas por estructuras de contención, no produzcan situaciones de inestabilidad o movimientos excesivos de las propias estructuras o del terreno, que haga peligrar la obra estructural, o funcionalmente.

– Determinación de problemas constructivos:

  1. Tipo de cimentación, nivel de apoyo, presión de trabajo, etc.
    2. Determinación del volumen, localización y tipo de materiales que han de ser excavados, así como la forma y maquinaria adecuada para llevar a cabo dicha excavación.
    3. Talud de excavación / contención de paredes.
    4. Agresividad de suelos y agua.
    5. Solución a problemas del terreno.
    6. Localización y caracterización de materiales para préstamos.
    7. Problemas relacionados con el agua:
    – Profundidad del nivel freático.
    – Riesgos debidos a filtraciones, arrastres, erosiones internas, sifonamiento, acción de la helada, etc.
    – Influencia del agua en la estabilidad y asiento de las estructuras.

Se entiende por reconocimiento el conjunto de las tareas de investigación destinadas a:

– La obtención de muestras del subsuelo para permitir identificar los suelos o rocas presentes y contar con material suficiente para la realización de ensayos de laboratorio.

– La realización de ensayos “In Situ” sobre el terreno con el fin de obtener parámetros que, directa o indirectamente, se relacionen con los parámetros mecánicos básicos que permiten el cálculo geotécnico (parámetros de resistencia al corte, de deformación, de permeabilidad, etc.).

El reconocimiento debe, por tanto proporcionar al menos los siguientes datos:

– La naturaleza de los diferentes estratos.
– Muestras de cada una de las capas características, para su estudio en laboratorio.
– Características del nivel freático y los acuíferos atravesados.
– Permeabilidad de las formaciones atravesadas cuando sea necesario (presas, etc.)

Para el reconocimiento geotécnico del terreno pueden utilizarse desde la básica inspección visual (muy utilizada en la caracterización de macizos rocosos), hasta técnicas de campo o laboratorio más o menos sofisticadas y que se agrupan en dos conjuntos.

  1. Métodos Directos. A este grupo pertenecen las técnicas que permiten el acceso y observación directa al subsuelo, permitiendo a su vez la obtención de muestras. Eventualmente permiten la realización de ensayos “In Situ”. Se incluyen en este grupo:

– Sondeos geotécnicos.
– Calicatas, zanjas y pocillos.
– En algunos casos, galerías

Métodos indirectos. Son aquellos que se llevan a cabo sin necesidad de acceder directamente al terreno, midiendo desde superficie algunas propiedades físicas de los materiales que constituyen los diferentes niveles o estratos del terreno. Se incluyen en este grupo, entre otros, los siguientes:

– Prospección geofísica (gravimetría, eléctrica, sísmica, electromagnética).
– Ensayos “In Situ”.

Pueden utilizarse por separado o conjuntamente y siempre son complementarios unos de otros. La elección de uno u otro método depende del objetivo que se persigue.

Hay que tener en cuenta que en una campaña de investigación geotécnica se plantea, con bastante frecuencia, la utilización conjunta tanto de ensayos “In Situ” como ensayos de laboratorio, para poder determinar los parámetros fundamentales del terreno.

En etapa de exploración minera
Problemas geotécnicos que pueden influir el desarrollo de un proyecto incluyen el ambiente geológico, las condiciones del suelo, las aguas subterráneas y la sismicidad. Otros problemas podrían derivarse de los equipos e infraestructura particulares del cliente, como por ejemplo, fundaciones con vibraciones provenientes de un molino, maquinaria con tolerancias limitadas al asentamiento y otras restricciones de diseño por efectos estructurales u operacionales.

Equipos de especialistas geotécnicos combinan sus amplios conocimientos y su experiencia con sofisticadas capacidades en modelamiento numérico, para desarrollar soluciones apropiadas y rentables para los proyectos; incluyen una detallada evaluación del sitio del proyecto para su desarrollo, el diseño de las fundaciones, la preparación de los diseños y la gestión de los contratos. Entre los ejemplos se incluye la investigación y el diseño geotécnico para edificios, caminos, ductos, puentes, fundaciones en el área de una planta, instalaciones de embarcaderos y muelles, presas y otras estructuras de retención de agua, socavaciones y cierre de minas, como también pretiles, excavaciones profundas y túneles. Estos podrían incluir suelos colapsables, expansivos o dispersivos y en condiciones meteorizadas. Los expertos en interacción entre suelos y estructuras pueden asesorar en el diseño de los revestimientos de túneles, reemplazo de materiales para fundaciones, fortificación o entibación lateral de excavaciones profundas y optimización de procedimientos de construcción.

La caracterización del macizo rocoso es una parte integral de la práctica de ingeniería. Hay varios sistemas de clasificación empleados en el diseño de mina subterránea y superficial, sin embargo, la mayoría de las minas emplean uno de tres de los siguientes sistemas: RQD, RMR y Q. es interesante hacer notar que estos sistemas han tenido su origen en la actividad de la ingeniería civil, además de la utilización de los sistemas de clasificación para suelos AASHTO Y SUCS en vías y estructuras respectivamente.

Toda estructura de ingeniería desarrollada en rocas, requiere para su adecuado diseño y ejecución de la utilización y aplicación directa de los principios, metodologías de la mecánica de rocas. En las etapas de factibilidad y diseño preliminar del minado se toman datos del macizo rocoso (Espaciamiento de las discontinuidades, condición de las discontinuidades, Agua subterránea etc.) Realizan ensayos en laboratorio para someter a sistemas de clasificación antes mencionada y posteriormente desarrollar una idea de las características del comportamiento del macizo rocoso.

RQD-Índice de designación de la calidad de la roca (quality rock design) RMR- sistema de Clasificación Geomecánica o Valoración de la Masa Rocosa (Rock Mass Rating). Se elige el tipo de sostenimiento que se instalara en cada uno de las labores de desarrollo, en caso de minas superficiales el sostenimiento de taludes. El sostenimiento puede ser:

– Schotcrete (concreto lanzado)
– Empernado (pernos fijados con pasta de concreto y aditivos epóxicos)
– Enmaderamiento (uso de bolsacreto)
– Enmallado empernado y concreto Schotcrete
– Cerchas, cimbras o vigas de acero, Gatas hidráulicas, etc.

Los testigos se obtienen de la perforación diamantina, que consiste en introducir una especie de tubo con incrustaciones de diamante (10 de la escala de Mohs), tipo de perforación rotación- abrasión, a veces es complicado tener el testigo adecuado para realizar el ensayo directamente, en ese caso se recurre a la prueba puntual y con la fórmula de Bienawski podemos obtener la resistencia a la compresión de la roca.

La geomecánica se aplica a taludes de tajo abierto en Tajos subterráneos, botaderos, pilas de lixiviación, etc.

Innovación tecnológica
La ingeniería geotécnica es analizada en sus tendencias fundamentales mediante el triángulo geotécnico de Burland (1987) que es expandido a tetraedro mediante las ideas de Vick (2002). La parte esencial es la interacción existente entre los paradigmas de la teoría y de la práctica con su pasado y presente y una probable evolución futura basada en la opinión de relevantes personalidades de la Ingeniería Geotécnica. Se valora la importancia de la escuela de Terzaghi en el siglo XX y su método observacional y como se extenderá en el futuro. Se consideran asimismo algunas opiniones discrepantes que plantean la necesidad de cambios. Se comentan algunos aspectos institucionales como la relaciones entre las Sociedades Federadas en la FIGS y la importancia de la educación en la formación de los futuros ingenieros geotécnicos. Se incluyen aspectos pedagógicos, como las ideas de Kolb y la situación institucional en los países centrales que están en proceso de transformación en la última década.

La ISSMGE (“International Society of SoilMechanics and Geotechnical Engineering”) es el nuevo nombre al que mudó la ISSMFE. Algo similar sucedió con algunas publicaciones como la de la ASCE. En el nombre societario se observa una dualidad consistente en una rama científica, teórica y otra aplicada, experimental. Peck (1962) lo señala como la dualidad entre Ciencia Ingenieril (paradigma de la teoría) y Práctica Ingenieril (paradigma de la práctica). La evolución de la IG puede ser analizada desde el punto de vista epistemológico (Vick, 2002). Como en otras ciencias experimentales, se pueden observar la existencia de paradigmas que son importantes para enmarcar a la IG. Un paradigma de una profesión se construye alrededor de sus teorías reveladas en libros, conferencias, ejercicios de laboratorio, etc., que son aceptadas por el conjunto de los profesionales. Los paradigmas de la teoría y los de la práctica coexisten y tienen explicaciones subyacentes. Una es la dualidad entre la teoría y el criterio o juicio ingenieril. El paradigma de la teoría mantiene preceptos deductivos, mientras que el del criterio es subjetivo.

La Ingeniería Geotécnica (IG) constituye una de las principales ramas de la Ingeniería Civil y como tal, presenta facetas que han sufrido el mismo derrotero que esta última a través del tiempo y a lo largo de la evolución de la civilización. Hasta principios de la década de 1960, los especialistas en IG estaban agrupados en la ISSMFE (“International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering”). Luego aparecieron nuevas sociedades como la ISRM (“International Society for Rock Mechanics”) en 1962 y la IAEG (“International Association of Engineering Geology”) en 1970.

Complicaciones

La Geotecnia, en su concepción actual, no es ciertamente una ciencia, sino una técnica: un conjunto de conocimientos y reglas para guiar al hombre en la consecución de finalidades practicas: cimentaciones, obras hidráulicas y de comunicación, excavaciones a cielo abierto y subterráneas, etc.

Solamente recurriendo a todos los medios de la Geología, que es siempre la base sobre la que descansa y el tronco del cual recibe la savia la Geotecnia, podremos aclarar aquel caos

Perforación diamantina

La perforación diamantina corta un testigo cilíndrico de roca sólida utilizando una barrena anillada recubierta de diamante acoplada a la punta de una varilla de perforación hueca. Las barrenas de diamante están hechas de diferentes tamaños de diamantes, diamantes industriales de finos a microfinos, y la relación entre diamante y metal utilizada en la matriz afecta al rendimiento de la capacidad de corte de las barrenas con diferentes tipos de formaciones rocosas.

Se proveen los diamantes dentro de una matriz de dureza variable, de latón a acero de alta calidad. La formación rocosa a cortar será la que verifique la dureza de la matriz y el tamaño de los diamantes. Para roca altamente fragmentada más blanda se utilizan barrenas de acero endurecido con una relación baja de diamante, mientras que para taladrar roca sólida dura son buenas las barrenas con acero más blando con una mayor relación de diamantes. La barrena contiene agujeros que permiten que el agua llegue a la cara cortante y así proporcionar tres importantes funciones: lubricación, enfriamiento y eliminación de los restos de la perforación del agujero.

La perforación diamantina lleva más tiempo que la perforación por circulación inversa a causa de la dureza del suelo que se está perforando. Es habitual perforar a profundidades de 1200 a 1800 metros y a estas profundidades el suelo es principalmente de roca dura. Es habitual que varíen las técnicas entre los operadores de la perforación y la capacidad de la barrena que utilice. Algunas barrenas de diamante pueden requerir una perforación más lenta para aumentar la vida y la efectividad de las barrenas y las varillas de perforación, ya que son muy caras y lleva mucho tiempo reemplazarlas a grandes profundidades. Así como la barrena de diamante va taladrando más y más profundamente, el proceso de corte no lleva tanto tiempo como la recuperación del testigo con el cable y la herramienta pescadora.

Para retirar las muestras de núcleo se utiliza un tubo hueco. Se sitúa el tubo hueco dentro de la sarta de varillas y se bombea con agua hasta que se cierre en el cilindro hueco. Durante la perforación, el cilindro hueco se desliza por el núcleo así como se va cortando. Dentro de la sarta de varillas desciende un “pescador” acoplado a la punta del cable de grúa y se une a la parte posterior (también llamado cabezal), situado en la punta del cilindro de núcleo. Se repliega el cable retirando el tubo hueco hacia la superficie. El testigo que hay dentro del tubo hueco no cae al ser elevado puesto que al ser extraídos un sacatestigos de anillo partido o una cesta de retención impiden que el testigo salga del tubo.

Fuente: Tecnología Minera

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