MÉXICO

MUESTREO DE SUELOS CON TUBOS DE PARED DELGADA

PROCEDIMIENTO CFE 10100-79

DICIEMBRE 2013

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CFE 10100-79

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C O N T E N I D O

1 OBJETIVO _________________________________________________________________________ 1

2 CAMPO DE APLICACIÓN _____________________________________________________________ 1

3 DEFINICIONES ______________________________________________________________________ 1

3.1 Tubo de Pared Delgada_______________________________________________________________ 1

3.2 Longitudes de Tubos ________________________________________________________________ 1

3.3 Cabeza del Muestreador ______________________________________________________________ 1

3.4 Barras de Perforación ________________________________________________________________ 1

3.5 Protección Contra la Corrosión ________________________________________________________ 2

3.6 Herramienta Auxiliar _________________________________________________________________ 2

3.7 Muestreador Barril “Denison” _________________________________________________________ 2

3.8 Muestreador “Pitcher” _______________________________________________________________ 2

3.9 Canastilla Metálica __________________________________________________________________ 2

3.10 Equipo de Exploración _______________________________________________________________ 2

3.11 Bomba de Lodos ____________________________________________________________________ 2

3.12 Brocas Tricónicas ___________________________________________________________________ 2

3.13 Ademe Metálico _____________________________________________________________________ 2

3.14 Lavado ____________________________________________________________________________ 3

3.15 Azolves ____________________________________________________________________________ 3

3.16 Materiales __________________________________________________________________________ 3

4 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES _______________________________________ 3

4.1 Responsabilidades __________________________________________________________________ 3

4.2 Preparativos de la Prueba ____________________________________________________________ 3

4.3 Ejecución del Muestreo ______________________________________________________________ 4

4.4 Preparación para el Traslado de Muestras al Laboratorio __________________________________ 6

4.5 Registros __________________________________________________________________________ 6

4.6 Entrega a Laboratorio ________________________________________________________________ 7

5 CONDICIONES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL ____________________________________________ 7

6 BIBLIOGRAFÍA ______________________________________________________________________ 7

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APÉNDICE A (Normativo) REGISTRO DE EXPLORACIÓN SPT Y/O MIXTO (PERF-SUE-01/A01) ____________ 8

APÉNDICE B (Normativo) ETIQUETAS DE IDENTIFICACIÓN (PERF-SUE-01/A02) ________________________ 9

APÉNDICE C (Normativo) LISTA DE VERIFICACIÓN DE MUESTREO DE SUELOS CON TUBOS DE

PARED DELGADA (DMS) (LMS-040/A2-R4) ________________________________ 10

APÉNDICE D (Normativo) REPORTE DIARIO DE EXPLORACIÓN (PERF-SUE-01/A04) ___________________ 12

TABLA 1 Longitudes de tubos _________________________________________________________________ 1

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1 OBJETIVO Establecen las metodologías generales para el uso de tubos de pared delgada para recuperar muestras de suelo relativamente inalteradas. 2 CAMPO DE APLICACIÓN Aplica a todas y cada una de las actividades relacionadas con los estudios geotécnicos que el área de perforación realiza en la Comisión Federal de Electricidad (CFE). 3 DEFINICIONES 3.1 Tubo de Pared Delgada El tubo de pared delgada o “Shelby” es un tubo liso afilado, usualmente de 0.075 m a 0.010 m de diámetro, el cual se hinca a presión para obtener muestras relativamente inalteradas de suelos finos blandos a semiduros. El tubo generalmente está constituido de acero o latón, con la resistencia adecuada para utilizarse en el suelo requerido. Los tubos deben estar limpios y libres de irregularidades en su superficie interna y externa, incluyendo la junta de soldadura, con el extremo inferior afilado y una rosca de unión perfecta a la cabeza del muestreador. 3.2 Longitudes de Tubos Las longitudes de tubos generalmente recomendadas, se muestran en la tabla 1, dichas longitudes tienen que adecuarse a las condiciones reales de campo.

TABLA 1 – Longitudes de tubos

Diám. exterior Pulgadas Milímetros

2

50.8

3

76.2

4

101.6

4

101.6

5

127 Espesor Pulgadas Milímetros

0.049 1.24

0.079 2.0

0.079 2.0

0.079

2.0

0.120 3.05

Long. tubo Pulgadas Metros

36

0.91

29.2 0.75

35.4 0.90

74.8 1.9

54

1.45 Relación de diámetros (%) < 1 <1 <1 <1

NOTA: Calibres recomendados: lamina de latón C.14 y C.16.

3.3 Cabeza del Muestreador Se utiliza para acoplar el tubo de pared delgada a la tubería de perforación. La cabeza debe de contar con una válvula “check” adecuada y una ventilación igual o mayor que el área a través de la válvula “check”. La unión del tubo y la cabeza debe de ser concéntrica y coaxial para asegurar una aplicación uniforme de la fuerza al muestreador. 3.4 Barras de Perforación Barras de acero utilizadas para acoplarse ras a ras con la cabeza del muestreador a fin de transmitirle una fuerza adecuada y uniforme.

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Las barras utilizadas comúnmente son:

a) BW diámetro exterior de 0.054 m y masa en kg/m de 6.23.

b) NW diámetro exterior de 0.069 m y masa en kg/m de 8. La longitud estandarizada de las barras es de 1.50 m o 3.05 m. 3.5 Protección Contra la Corrosión La corrosión cualquiera que sea su origen (reacción galvánica o química) puede destruir tanto el tubo como la muestra. La severidad del daño es función del tiempo así como de la interacción entre el tubo y la muestra. Los tubos de pared delgada deben de tener algún tipo de protección anticorrosiva, la cual puede variar dependiendo del suelo por muestrear. La protección puede ser una capa ligera de aceite, lubricante, barniz epóxico, laca, teflón, pintura alquidálica anticorrosiva y otros. 3.6 Herramienta Auxiliar Herramienta auxiliar y/o complementaria para las actividades de exploración (llaves “stilson”, reductores, coples, entre otros). 3.7 Muestreador Barril “Denison” Herramienta especializada con barril giratorio interno en el cual se ajusta de manera manual el tubo muestreador. Este tipo de herramienta se utiliza para la obtención de materiales de suelos duros a rocas blandas. 3.8 Muestreador “Pitcher” Herramienta especializada con barril giratorio con un tubo interno que es accionado por un resorte a la par de que el barril va cortando el material. Este tipo de herramienta se utiliza para obtención de materiales de suelos duros a rocas blandas. 3.9 Canastilla Metálica Canastilla de lámina troquelada que puede ser utilizada para retener muestras de materiales sueltos. 3.10 Equipo de Exploración Máquina perforadora sobre patines, orugas o montadas en camión, con la potencia y capacidad adecuada para la profundidad definida en los sondeos de exploración programados. 3.11 Bomba de Lodos Consiste en una bomba que permite la re-circulación de los fluidos de perforación, la bomba debe de tener la potencia adecuada para el transporte e inyección de los fluidos de perforación a utilizar. 3.12 Brocas Tricónicas Brocas tricónicas en descargas laterales en diámetros de 74.61 mm (2 15/16”) y hasta 165.10 mm (6 1/2”) con roles de diente de acero o de puntos de carburo de tungsteno usadas en materiales blandos o duros. 3.13 Ademe Metálico Tubería de diámetro de 76.20 mm (3”) o mayor, hasta 152.40 mm (6”), según la utilización alternada de otro tipo de herramienta muestreadora o protección del sondeo por caídos o pérdida del fluido de perforación.

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3.14 Lavado Proceso de la exploración principalmente con broca tricónica, que permite ampliar el sondeo a los diámetros y a las profundidades requeridas de acuerdo al programa de exploración, mediante el desgaste y recorte del material a través de herramientas de rotación, usando además el flujo constante de fluidos de perforación (bentonita, agua o polímeros), para remover los materiales acumulados en el fondo del sondeo. 3.15 Azolves Materiales acumulados en el fondo del sondeo, originados por la sedimentación del material de recorte durante el desgaste y la profundización de la exploración. 3.16 Materiales Son los accesorios y materiales necesarios para ejecutar de manera eficiente las actividades de exploración y muestreo. 4 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES 4.1 Responsabilidades

El encargado de exploración geotécnica es el responsable de la implantación de este procedimiento. El supervisor de la exploración geotécnica, es responsable de la verificación y aplicación de este procedimiento en campo. El perforista es responsable de conocer y ejecutar adecuadamente los lineamientos establecidos en este procedimiento. Es responsabilidad del perforista y el supervisor de campo, aplicar las medidas de seguridad necesarias para evitar accidentes antes y durante la ejecución de la prueba. Estas medidas serán acordes a las condiciones particulares de los sitios por explorar. Es responsabilidad del perforista y el supervisor en campo, realizar un buen manejo de las muestras desde su obtención hasta su entrega al laboratorio. Es responsabilidad del encargado del proyecto interpretar y validar la información recopilada en campo, quedando a su criterio, la utilización de los datos de salida de cada una de las pruebas realizadas, para las consideraciones prácticas convenientes en sus diseños. 4.2 Preparativos de la Prueba

a) Es importante antes de iniciar las actividades relacionadas con este procedimiento verificar la

verticalidad y nivelación de la perforadora; disponer de los espacios adecuados para realizar las maniobras y tendidos de las barras de perforación, así como para la extracción, clasificación y etiquetado de las muestras obtenidas, además de la disposición de cajas para su protección y traslado al laboratorio.

b) Se debe verificar que las barras de perforación por utilizar mantengan una verticalidad apropiada y

que estas, al unirse, lleguen tope a tope para evitar disipar la fuerza transmitida al muestreador. c) Debe verificarse que las longitudes de las barras de perforación a utilizar, cumplan con los

estándares establecidos, esto para garantizar el control de la profundidad del sondeo.

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d) El uso de fluidos para la perforación debe ser de manera constante para garantizar la limpieza y

estabilidad del sondeo. e) Verificar que las herramientas utilizadas durante las maniobras de perforación y recuperación de

las muestras se encuentren en óptimas condiciones. f) Verificar que los tubos muestreadores se encuentren en óptimas condiciones de uso, limpias,

pintadas y con el filo adecuado en la punta para facilitar su hincado.

4.3 Ejecución del Muestreo Después de que la exploración es llevada a la profundidad de muestreo programada y el azolve en su mayoría ha sido retirado del barreno, se debe realizar el muestro de suelo con la siguiente secuencia:

a) Realizar el lavado previo del barreno. b) Asegurar que el material por muestrear no se encuentre alterado, como resultado del lavado. c) Acoplar el tubo con la cabeza del muestreador a las barras de perforación e introducirlo al barreno.

Deben de acoplarse las barras necesarias para alcanzar la profundidad de cada muestreo. El movimiento de las barras en el izado debe de ser de manera uniforme y lenta, para evitar que se produzca succión en el fondo. Durante esta operación, debe evitarse que el muestreador caiga de golpe sobre el suelo que va a ser ensayado.

d) El operador debe hincar el muestreador a presión constante y con un movimiento continuo y

relativamente rápido, y cuando el suelo así lo permita y dependiendo de su consistencia y resistencia encontrada; el hincado se debe realizar de las siguientes formas:

− en suelos cuya resistencia sea blanda a media, se debe hincar un tubo a presión cuando el

suelo lo permita, sin forzar el equipo de exploración, − en suelos con resistencia media a semidura se permite dentar el tubo de pared delgada,

aplicando presión y poca rotación, − cuando la formación de suelo sea muy dura para el hincado se pueden utilizar otros métodos

(muestreadores “Denison” o “Pitcher”).

e) Determinar la longitud de hincado por la resistencia y condiciones de la formación, esta longitud jamás debe de exceder de 5 a 10 diámetros del tubo en suelos arenosos y de 10 a 15 diámetros del tubo en arcillas.

El peso de la muestra, capacidad de manejo en el laboratorio, problemas de transporte y

disponibilidad comercial de los tubos generalmente limitan la longitud, según el punto 3.2. f) En ningún caso la longitud de hincado debe ser mayor que la longitud del tubo menos el espacio

para la cabeza del muestreador y 7.5 cm como mínimo para recortes. Al término del hincado el tubo puede ser rotado a razón de solo cortar el fondo de la muestra. g) Al finalizar el hincado se saca el muestreador del fondo y se retira junto con las barras empleadas,

realizando un lavado con agua en abundancia de la sarta de perforación y del muestreador, con la finalidad de que esta no conserve residuos que impidan una mala identificación del material recuperado, y se deja lista para el siguiente hincado.

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h) El muestreador se coloca en un lugar a la sombra para su manipulación. i) En el sondeo, se debe avanzar gradualmente para permitir el muestreo continuo o mixto, de

acuerdo a lo definido en el alcance geotécnico. j) En caso de utilizar ademe, este no debe instalarse por debajo de la elevación de la siguiente

prueba. El ademe debe ser instalado para proteger y estabilizar las paredes del sondeo, así como para garantizar el intercambio de las herramientas de muestreo.

k) El control de la profundidad, tanto para el avance del sondeo como para el hincado del

muestreador, se debe realizar marcando en las barras de perforación señales con referencia a un punto fijo. El control del avance de la exploración generalmente se hace en metros.

l) Una vez efectuado el último muestreo, y para evitar la contaminación del manto freático, el barreno

se debe sellar si es que no se instalan dispositivos de medición como piezómetros, bancos de nivel, entre otros; para tal efecto se debe preparar una mezcla de cemento-bentonita en proporción 1:3, procediendo a inyectarse en diferentes profundidades del barreno hasta alcanzar la superficie.

m) En el Apéndice A se registra las profundidades de hincado, tipo de material, método de hincado,

tipo de herramienta, longitudes y porcentajes de recuperación. En caso de que se localice durante la ejecución del hincado o el avance de la exploración el nivel de aguas freáticas, éste debe anotarse en el Apéndice A.

Adicionalmente a los datos antes mencionados se debe anotar en el Apéndice A, la siguiente

información:

− nombre del proyecto, − localización, − área de responsabilidad, − fecha de inicio y termino de la exploración, − máquina y bomba, − nombre del supervisor y perforista, − tipo de sondeo y número, − lecturas de nivel de agua, − día de exploración, − número consecutivo de la muestra, − profundidad inicial y final, − descripción y/o clasificación visual y al tacto de la muestra recuperada, − herramientas de avance, − herramientas de muestreo usado para el hincado: hincado a presión, rotatorio (tubo

dentado). Si se utiliza otro método de hincado como el uso de un muestreador se tiene que anotar de que tipo,

− profundidades de ademe, − longitud total de hincado, − longitud y porcentaje de recuperación, − observaciones.

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4.4 Preparación para el Traslado de Muestras al Laboratorio Siguiendo la normatividad indicada en la referencia [3] del capítulo 6 de este procedimiento, para el uso, manejo y protección de las muestras se considera lo siguiente: Medir la longitud de la muestra en el tubo de pared delgada. Retirar el material alterado de la parte superior del tubo y volver a medir. Sellar el tubo perfectamente con manta de cielo. Retirar por lo menos 2.5 cm de material de la parte inferior del tubo, usando este material para la descripción del suelo debiéndolo clasificar cuidadosamente de acuerdo con el criterio de campo del SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos), de ser necesario utilizar adjetivos precisos y notas aclaratorias, entre los aspectos más importantes a considerar en esta descripción están: composición, color, estratificación y condición. Posteriormente medir la longitud de la muestra restante. Sellar perfectamente la parte inferior del tubo como se realizo en la parte superior. Alternativamente, después de la medida del tubo puede ser sellado sin retirar material de los extremos si así lo dispone el supervisor encargado del proyecto. Los tubos deben de ser sellados en los extremos con manta de cielo y parafina ámbar, alternativamente se pueden colocar tapas de plástico y cintas de adherencia ajustadas a la medida del tubo en su diámetro exterior, los huecos deben de ser rellenados en los extremos para prevenir drenaje o el movimiento de la muestra dentro del tubo. Al término de su protección y sello, los tubos con muestra se pueden colocar en cajas de madera rellenas con aserrín húmedo, protegiéndolas de cualquier movimiento, que por su transporte, puedan ser dañadas. La extracción, empacado y transporte de muestras obtenidas, puede realizarse con los métodos que el supervisor en campo defina, siempre y cuando siga la normatividad mencionada con anterioridad.

Inmediatamente del sellado de la muestra se debe de colocar una etiqueta de identificación y las marcas necesarias sobre el tubo con marcadores permanentes a cada una de las muestras según el Apéndice B, con la siguiente información:

a) Proyecto. b) Ubicación. c) Sondeo. d) Muestra número. e) Profundidad. f) Longitud y porcentaje de recuperación.

4.5 Registros El Apéndice A (PERF-SUE-01/A01), es un registro de exploración de un sondeo en suelo o roca, donde se deben de anotar todos y cada uno de los detalles del sondeo. Lo debe conservar el jefe de proyecto durante su vigencia, y al término del proyecto, debe incorporarlo al expediente técnico, el cual debe ser conservado por el departamento coordinador. El registro de campo incluye la información general del sondeo, el número de golpes de cada prueba, la clasificación de los materiales obtenidos, información complementaria e incluye renglones para notas en donde se anotan el tipo de fluidos, pérdidas de circulación, entre otros.

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Es importante que los espacios que no sean llenados se cancelen, evitando así entregar los registros con espacios en blanco, si se comete algún error al transcribir alguno de los datos, este dato erróneo se debe cancelar tachándolo, a un lado se debe colocar el dato correcto anexando además la firma de quien realizó la corrección. El Apéndice B (PERF-SUE-01/A02), son etiquetas de identificación, se anotan los datos de cada muestra obtenida, proyecto, ubicación, tipo de sondeo, número de muestra, profundidad de exploración, longitud de recuperación y porcentaje de recuperación. El Apéndice C (LMS-040/A2-R4), es una lista de verificación del muestreo de suelos con tubos de pared delgada por área evaluadora DMS, verificación de las condiciones del muestreo antes, durante y después de la ejecución de la prueba. El Apéndice D (PERF-SUE-01/A04), es un reporte diario de exploración, se anotan las incidencias más relevantes en el jornal y algunos parámetros de la perforación. 4.6 Entrega a Laboratorio Para el almacenamiento, manejo y transporte de muestras, siguiendo la normatividad indicada en la referencia [3] del capítulo 6 de este procedimiento, Las muestras obtenidas en campo se deben entregar en el laboratorio respectivo mediante un oficio emitido por el responsable del proyecto, en él, se debe plasmar la siguiente información:

a) Lugar y fecha de entrega. b) Proyecto. c) Sondeo. d) Tipo de muestras. e) Número de muestras. f) Responsable que realiza la entrega al laboratorio. g) Responsable que realiza la recepción en el laboratorio.

5 CONDICIONES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL No aplica. 6 BIBLIOGRAFÍA [1] NMX-C-431-ONNCCE-2002 Toma de Muestra Alterada e Inalterada. [2] ASTM D1587-08 (2012) Practice for Thin-Walled Tube Sampling of Soils for Geotechnical

Purposes. [3] ASTM D4220-95(2007) Practices for Preserving and Transporting Soil Samples.

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APÉNDICE A (Normativo)

REGISTRO DE EXPLORACIÓN SPT Y/O MIXTO

(PERF-SUE-01/A01)

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APÉNDICE B (Normativo)

ETIQUETAS DE IDENTIFICACIÓN

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PE

RF-

SU

E-0

1/A

02

PE

RF-

SU

E-0

1/A

02

PE

RF-

SU

E-0

1/A

02

PE

RF-

SU

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PE

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APÉNDICE C (Normativo)

LISTA DE VERIFICACIÓN DE MUESTREO DE SUELOS CON TUBOS DE PARED DELGADA (DMS)

(LMS-040/A2-R4)

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APÉNDICE D (Normativo)

REPORTE DIARIO DE EXPLORACIÓN

(PERF-SUE-01/A04)