Perforación del Suelo: Objetivos y Maquinaria
El suelo se perfora para el reconocimiento del terreno, realizar estudios geotécnicos, anclajes, mejoras del suelo, control del nivel freático y colocar explosivos.
Tipos de Máquinas de Perforación
- En camiones extraviales: Equipos montados sobre vehículos para transporte en terrenos difíciles.
- En excavadoras de orugas: Al carecer de amortiguación, ejercen más fuerza al perforar y proporcionan una mayor estabilidad.
- Perforadores hidráulicos y neumáticos: Equipos especializados según la fuente de energía utilizada.
Métodos de Perforación
Percusión y Rotopercusión
- Percusión: Un cilindro colocado en la parte superior de la perforadora golpea al pilote; se emplea principalmente en rocas blandas y medias.
- Rotopercusión: Se utiliza aire comprimido para accionar un martillo percutor al mismo tiempo que la rotación transporta el material excavado al exterior. Es un método versátil empleado en todo tipo de terrenos.
Rotación y Extracción de Testigos
En este método, se corta el suelo mediante un cilindro dando lugar a un testigo cilíndrico. Este sistema está dotado de refrigeración y permite extraer dos tipos de muestras:
Testigo Continuo
Se realiza con un cilindro hueco que tiene diamantes incrustados. Proporciona mucha información detallada del terreno, aunque es un proceso más lento y costoso. Las cabezas de corte pueden ser de:
- Carborandum (Widia): Para rocas de dureza media-dura.
- Diamante de concreción: Para rocas medias.
- Diamante de inserción: Para rocas duras.
Testigo Disgregado
Se ejecuta con un tornillo que rompe el terreno y lo sube a la superficie a través de refrigerante. Es más rápido y económico, pero aporta menos información técnica.
- Barrenas: Consisten en una hélice sobre un núcleo central formado por un tubo; debe tener al menos la longitud total de la perforación. Una vez introducida, se extrae simultáneamente al proceso de hormigonado para la creación de pilotes, permitiendo introducir una armadura inmediatamente después.
- Geofísica: Consiste en la introducción de una sonda que realiza lecturas continuas de las propiedades físicas del terreno.
Técnicas de Sostenimiento: Colocación de Bulones
La colocación de bulones es una técnica de sostenimiento y refuerzo de taludes cuyo objetivo es evitar desprendimientos. Se realiza mediante el cosido de macizos rocosos con fisuras, la sujeción de bloques individuales y el refuerzo de grandes masas en general.
Entre sus aplicaciones principales destacan:
- Refuerzo de suelos.
- Estabilización de taludes y zanjas.
- Estabilización de presas.
La técnica consiste en introducir una barra de material resistente que aporta resistencia a la tracción y facilita el sostenimiento del talud. Las barras metálicas se alojan en perforaciones realizadas en el terreno, en cuyo fondo se anclan mediante inyecciones o dispositivos mecánicos expansivos. Finalmente, se fija el exterior a la estructura o a placas que se apoyan directamente en la superficie del terreno.
SPT (Standard Penetration Test)
El Standard Penetration Test consiste en la hinca del aparato en cuatro tandas, registrando el número de golpes necesarios para cada hinca a una profundidad determinada. El procedimiento es el siguiente:
- Se contabiliza el número de golpes para hincar los primeros 15 cm.
- Se anota el número de golpes en intervalos de 15 cm para introducirlo otros 30 cm adicionales.
La maza utilizada tiene un peso de 63,5 kg y cae desde una altura de 760 mm. La suma de los golpes necesarios para la hinca desde los primeros 15 cm hasta los 45 cm finales es el denominado Número N de resistencia a la penetración estándar. Si este valor es superior a 50, se considera como rechazo.
Sondeos de Testigo Continuo
En estos sondeos se utilizan cabezas huecas con coronas de dientes que giran y cortan el terreno. Debido a la fricción, estas piezas alcanzan altas temperaturas y requieren refrigeración constante. A medida que avanzan, las muestras se introducen en un tubo portatestigos, separado de la corona por flejes para evitar la pérdida de la muestra. Según la dureza de la roca, las coronas pueden ser de widia, diamante de concreción o diamante de inserción.
Barrenas Helicoidales
Este método de perforación por rotación emplea barrenas continuas helicoidales que pueden ser macizas o huecas. Es un sistema rápido y económico, apto para profundidades desde los 2-4 metros hasta los 40 metros.
- Barrenas helicoidales macizas: Fabricadas en acero de gran resistencia, cuentan con aletas semicóncavas diseñadas para extraer la mayor cantidad de terreno triturado con la mínima fricción.
- Barrenas helicoidales huecas: Compuestas por un tubo hueco de mayor diámetro con un varillaje interior que termina en una broca. Para tomar muestras, se extraen las varillas y se introduce un tubo testigo por el interior, permitiendo incluso realizar el hormigonado.
La elección de la cabeza depende de la dureza del terreno. La perforación se realiza a bajas revoluciones (20-40 rpm) para evitar el bloqueo de la hélice. Los rendimientos medios oscilan entre 2 y 4 m/h, dependiendo del tipo de terreno y los ensayos requeridos.