lunes, 28 de febrero de 2011

Cámara triaxial y preparación de la muestra.


La cámara o celda triaxial mostrada en la Figura 6.45 consiste principalmente de un cilindro plástico con una cubierta superior e inferior de metal (cabezales), donde en el interior de esta es colocada la muestra de suelo de forma cilíndrica a la que se llamará probeta, cuyas dimensiones están en función al tipo de suelo. Una piedra porosa es colocada por encima y por debajo de la probeta luego de ser envuelta en una vaina de látex para protegerla del agua, también existen tubos de entrada y salida instalados en la cámara los cuales están controlados por válvulas que permiten o cortan la circulación de agua o glicerina cuando se desee. Este fluido que llena la cámara mantiene una presión hidrostática de confinamiento (σ3) constante y simétrica a lo largo de toda la circunferencia de la probeta, asegura la hermeticidad de la cámara por medio de abrazaderas ajustadas a los cabezales.


domingo, 27 de febrero de 2011

Determinar los parámetros de resistencia al corte: Ensayos triaxiales.

Los ensayos triaxiales son los más confiables y utilizados para determinar las características de tensión-deformación y los parámetros de resistencia al corte del suelo. Estos son ensayos donde se pueden variar las presiones actuantes en tres direcciones ortogonales (triaxial) sobre una muestra de suelo y así crear condiciones que se asemejen a las reales en campo.

 Figura 6.42. Fotografía del sistema triaxial completo 
Figura 6.43. Esquema del banco triaxial completo.
Los ensayos triaxiales constan de tres etapas importantes que son:
  • Saturación. (Etapa 1)
  • Consolidación. (Etapa 2)
  • Compresión. (Etapa 3)
La etapa de saturación y consolidación es llevada a cabo en un sistema llamado banco triaxial, que está diseñado para controlar un sistema de agua a presión que es aplicado a la muestra de suelo a ensayar. La Figura 6.42 muestra una fotografía del sistema triaxial y en la Figura 6.43 se muestra un esquema del banco triaxial.

La etapa de compresión se lleva a cabo en una prensa mostrada en la Figura 6.44 que aplica una carga axial mediante un anillo de carga a un vástago que comprime la muestra de suelo, el sistema triaxial es capaz de mantener constante la presión aplicada a la muestra (dependiendo al tipo de ensayo) en la etapa de consolidación durante la compresión y puede medirse la presión de poros.

 
 Figura 6.44. Prensa de compresión

sábado, 26 de febrero de 2011

Etapa de Corte de la Muestra de Suelo.

Mediante un mecanismo compuesto de un suspensor estático de pesas y una palanca se aplica la fuerza vertical F, luego se extraen los tornillos que mantienen unidas las dos mitades de la caja de corte, entonces la muestra de suelo es sometida al corte mediante la acción de una fuerza horizontal S aplicada a una velocidad constante, como se muestra en la Figura 6.38.

En el sistema están instalados tres deformímetros, dos de estos miden el desplazamiento horizontal y vertical de la muestra de suelo y el tercero mide la deformación del anillo de carga durante el ensayo.

Figura 6.38. Caja de corte (Das, 1997).

El esfuerzo normal efectivo σ ' que actúa y el esfuerzo cortante que actúa en el plano de falla desarrollado en la muestra de suelo será:





y




Donde:
s' = Esfuerzo normal efectivo.
F = Fuerza vertical aplicada por el sistema de pesas sobre la muestra.
A = Área del muestreador.
t = Esfuerzo cortante que actúa en el plano de falla.
S = Fuerza de corte aplicada por el aparato a la muestra.

La Figura 6.39 muestra la variación del esfuerzo de corte respecto al desplazamiento horizontal, mientras que en la Figura 6.40 se muestra la variación del desplazamiento vertical respecto al desplazamiento horizontal durante el ensayo.

Dependiendo del tipo de suelo se presentará un valor del esfuerzo de corte pico y crítico, donde cualquiera de estos valores puede considerarse como el instante de falla del suelo. Se obtienen tres o más valores del esfuerzo de corte haciendo variar en cada ensayo la fuerza vertical F, entonces puede graficarse la envolvente de falla correspondiente en el sistema t-σ que se muestra en la Figura 6.41.

El tener un plano fijo de corte puede ser una ventaja para determinar la resistencia al corte a lo largo de planos débiles reconocidos en un perfil de suelo o planos originados por la interfase entre suelos. En este ensayo es posible mantener un esfuerzo normal constante en todo momento lo cual hace más fácil ensayar en suelos compuestos de grava y arena. La ventaja del ensayo del corte directo es la rapidez del ensayo y la facilidad que tiene este de medir el cambio de volumen a lo largo del ensayo.

Figura 6.39. Variación del esfuerzo de corte respecto al desplazamiento horizontal.

 
Figura 6.40. Variación del desplazamiento vertical de corte respecto al horizontal.


Figura 6.41. Envolvente de falla.

Anillo de Carga y Deformímetro.

La Figura 6.37 muestra el anillo de carga junto a un deformímetro instalado en su parte central, el primero es usado como un transductor donde la carga originada por el aparato de corte es transmitida a la muestra de suelo mediante éste y el segundo es un instrumento de precisión que mide el desplazamiento o la deformación. Cada anillo de carga ha sido calibrado en fábrica de tal manera que se puede conocer la relación fuerza-deformación mediante un factor CR; de esta manera a partir de la deformación del anillo medida con el deformímetro se puede determinar la fuerza que actúa sobre éste.



Figura 6.37. Anillo de carga y deformímetro.

La fuerza de corte S inducida por el aparato de corte mediante el anillo a la muestra será:

S = LD·CR                                                                              [6.25]

Donde:

S = Fuerza de corte aplicada por el aparato a la muestra.
LD = Lectura del deformímetro instalado en el anillo de carga.
CR = Coeficiente del anillo.

viernes, 25 de febrero de 2011

Determinación de los Parámetros de Resistencia al Corte: Ensayo del Corte Directo.

El ensayo del corte directo ASTM D3080 es bastante popular y utilizado para determinar rápidamente los parámetros de resistencia al corte del suelo, el aparato de corte utilizado para realizar este ensayo se muestra en la Figura 6.34. En este ensayo se miden directamente los esfuerzos normal y de corte en el plano de falla que origina el aparato, donde se obtendrán parámetros drenados ya que se permite el drenaje durante el ensayo.

En la Figura 6.35 se muestra los accesorios del aparato de corte necesarios para realizar este ensayo, la caja de corte es un elemento metálico cuadrado de dimensiones 2 x 2” o 4 x 4” (Figura 6.35a), compuesto de dos piezas que se dividen en dos mitades horizontales donde es instalado el muestreador (Figura 6.35b), que es una pieza metálica que contiene la muestra de suelo, el extractor de muestra (Figura 6.35c) es un molde con las dimensiones del muestreador utilizado para extraer una forma rectangular de suelo, la placa de transferencia (Figura 6.35d) es una cubierta superior que se ubicada en la parte superior de la caja de corte y esta transmite un esfuerzo normal a la muestra de suelo, las piedras porosas (Figura 6.35e) que permiten la circulación del agua son ubicadas por encima y por debajo de la muestra de suelo para evitar que esta se disgregue al estar en contacto con el agua.

Para realizar el ensayo primero se corta un prisma rectangular de suelo de 60 x 60 x 20 mm (dependiendo a las dimensiones del muestreador) con el extractor de muestra, donde luego esta es colocado en el muestreador y este a su vez en la caja de corte con las piedras porosas colocadas por encima y por debajo, como se muestra en la Figura 6.38.

 
Figura 6.34. Aparato para el ensayo del corte directo.

 
Figura 6.35. Accesorios del aparato de corte (ELE).
(a) Caja de corte. (b) Muestreador. (c) Extractor de muestra. (d) Placa de transferencia de carga. (e) Piedras porosas.

Figura 6.36. Armado de la caja de corte.

Luego se coloca la placa de transferencia de carga en la parte superior de la caja de corte, esta placa a su vez es conectada por el orificio superior a un mecanismo que transmite una carga vertical constante a la muestra de suelo, la caja de corte es instalada en una caja externa de mayor tamaño que puede moverse horizontalmente (Figura 6.36) y esta es llenada con agua.

jueves, 24 de febrero de 2011

SUELOS: Ensayos de laboratorio para determinar los parámetros de resistencia al corte.

Los parámetros de resistencia al corte son determinados principalmente con datos obtenidos de ensayos realizados en laboratorio o en campo. En la tabla 6.2 se muestran diversos tipos de ensayos que son utilizados comúnmente para determinar los parámetros de resistencia al corte de un suelo. Estos ensayos se clasifican según a las condiciones de drenaje a la que se someten las muestras durante el ensayo, de lo cual se obtienen parámetros de resistencia efectivos o totales dependiendo el caso.

Tabla 6.2. Ensayos para determinar los parámetros de resistencia al corte del suelo.


SUELOS: Parámetros de resistencia al corte para el diseño.

Para el diseño geotécnico es importante determinar las condiciones de drenaje reales que presenta el suelo en campo que pueden anticiparse según al tipo de suelo, para lo cual debe considerarse que las condiciones no drenadas difieren significativamente de las drenadas para el caso de los suelos finos, donde corto plazo no se aprecia un cambio de volumen pero presentan un exceso de presión de poros que irá disipándose con el tiempo, hasta que ha largo plazo se completa el cambio total de volumen y se disipa totalmente el exceso de presión de poros. En el caso de los suelos de grano grueso el cambio de volumen es inmediato y el exceso de presión de poros se disipa rápidamente durante la acción de la carga normal, por lo que no tendría sentido en estos suelos hablar de una condición a corto y largo plazo.

En el caso de un suelo arcilloso luego de una excavación o la deposición de un terraplén al principio debido a la rapidez de la construcción se tendrán condiciones no drenadas, entonces el esfuerzo de corte máximo que tolera el suelo a corto plazo estará en función a parámetros totales que será:
  
tf = cu                                                                                     [6.23]
 
Sin embargo, a largo plazo cuando el suelo alcance la condición drenada el esfuerzo de corte máximo que tolera el suelo estará en función a parámetros efectivo, que será:

El valor del parámetro c' en la ecuación [6.24] identificado como la cohesión es netamente geométrico y corresponde a la altura formada por la intersección de la envolvente de falla alternativa con el eje de corte, este parámetro se presenta únicamente en suelos del Tipo II.

Antes de realizar el diseño debe considerarse el tiempo de vida útil del proyecto, para así determinar el tipo de parámetros que sean adecuados y también elegir un adecuado ensayo de laboratorio que proporcione el tipo de parámetros deseados.

En condiciones drenadas para el diseño se consideran los parámetros 

, el valor pico no constituye ser la mejor opción para el diseño geotécnico ya que las partículas del suelo en este estado de esfuerzos por lo general no se deslizan en un plano de falla completamente desarrollado, además su valor es muy variable y solo los suelos del Tipo II presentan este valor pico. Sin embargo todos los suelos para una respectiva combinación de esfuerzos llegan a estar normalmente consolidado, donde el parámetro del ángulo de fricción es crítico

donde el suelo alcanzará el estado crítico. El diseño con el valor crítico a diferencia del pico no es conservador sino que permite diseños óptimos que consideran los esfuerzos principales máximos que tolera el suelo. Por lo tanto el ángulo de fricción crítico a diferencia del pico constituye ser un parámetro fundamental de la resistencia al corte del suelo.

En condiciones no drenadas para el diseño se considera el parámetro de esfuerzo de corte no drenado cu, que depende de la magnitud del esfuerzo de confinamiento 
 el cual influirá en el esfuerzo normal 
 , por lo tanto este parámetro no constituye ser el fundamental para el diseño geotécnico.

Por lo general se encuentran suelos que son una mezcla de partículas gruesas y finas, en este caso para el diseño debe tomarse en cuenta la condición drenada y no drenada para determinar cual de esas condiciones es más crítica.

PROCEDIMIENTO PARA LA PERFORACIÓN DE UN POZO: Perforación, Cimentación, Muestreo, Diseño, etc.

-Perforación

En  el  proceso  de  la  perforación  se  aumentaran  barras  según  el  avance,  se  cambiaran  las herramientas de perforación: triconos, aletas y brocas de perforación, según al tipo de suelo en el que se esté y al desgaste que estos presenten. En la Figura 3.22 se observa una máquina perforadora de pozos.

Figura 3.22: Maquinaria de perforación de pozos de agua


-Cimentación de pozos

Aparte de las cementaciones que se realizan con el objeto de formar un tapón de sellado en el fondo del pozo, o para corregir desviaciones, la principal finalidad de una cementación es la unión de la tubería de revestimiento con la pared del pozo. Con ello se consigue: evitar que las aguas superficiales contaminen los acuíferos; evitar la comunicación de un acuífero utilizable con uno u otros contaminado, aumentar la resistencia mecánica y a la corrosión de las tuberías de revestimiento y proporcionar a un tramo de pozo la hermeticidad necesaria para realizar en él inyecciones a presión.

Para hacer cementaciones se usan, mayormente suspensiones de cemento – bentonita aunque la adición  de  esta  disminuye  la  resistencia,  sin  embargo  reduce  la  retracción  y  favorece  la manejabilidad de la suspensión, por lo cual resulta conveniente el empleo de suspensiones de cemento – bentonita, con la bentonita se logra una suspensión más estable. Las cantidades de bentonita que deben añadirse son pequeñas, comprendidas entre 1.5 y 3.0 Kg. por cada 50 Kg. de cemento, cuando se añade bentonita es preciso aumentar agua en una relación cemento/agua comprendida entre 1.4 y 1.8.

La bentonita es inyectada al pozo a través de las barras de perforación con la ayuda de una bomba de lodo, esta bentonita la cual tiene especificaciones de densidad de 1.2 como mínimo y
1.5 como máximo, al salir del pozo saca la muestra de suelo que se esta perforando.

-Muestreo

Se procede a un muestreo sistemático de las formaciones atravesadas a cada metro, con la descripción literal de las mismas, se anotan las anomalías en el avance de la perforación, acorde con la formación litológica hasta la finalización de la perforación, estas muestras extraídas son lavadas y analizadas, se guardan en bolsas de plástico enumerándolas para su posterior uso en el diseño de pozos por comparación de muestras.

-Registro Geoelectrico

Habiendo concluido el proceso de perforación del pozo piloto con un diámetro de 81/2” hasta la profundidad  requerida  se  procede  con  el  registro  geoeléctrico,  el  cual  consta  de  una computadora especial provista de cables, ginche, sonda corta y sonda larga, esta medirá los parámetros del suelo hasta llegar a la base del mismo, los datos son impresos en forma de graficas.

-Diseño  del  pozo

Teniendo el registro geoeléctrico del pozo y las muestras del mismo, se preceda comparar metro a metro las características del subsuelo, lo cual definirá la cantidad y la longitud de los acuíferos encontrados en el mismo, de estos acuíferos se tomaran solo aquellos que presenten las mejores las características hidrogeológicas, para tener por ultimo la posición exacta de los filtros, estos van al centro de los acuíferos con una longitud del 70% de la longitud total del acuífero, la longitud total de filtros nos dará una relación de caudal aproximado en el pozo, esto junto con la velocidad de aporte del acuífero (conductividad del acuífero).

La longitud del entubado esta como mínimo 6 metros por debajo del ultimo acuífero que se captara, se completa la longitud total del pozo con tubería, la cual puede ser PVC esquema 40, galvanizada o de acero al carbón.

-Dimensionamiento de los  filtros

El diámetro de la apertura de los filtros se calcula según al tamaño del material que se tiene en el acuífero que se esta captando, de menor apertura si se tiene mucho material fino de aporte en el pozo, como ser arcilla fina, de mayor apertura para zonas en las que no se tiene material fino de aporte  al pozo y la litología presenta material granular de tamaño considerable, su función es  retener  el  paso  de  limos  y  partículas  pequeñas  que  puedan  arruinar  las  bombas  y  las propiedades de agua como ser el color y la turbidez de la misma.

Ensanche  del  pozo  piloto

Finalizadas las tareas del estudio granulométrico se procederá al ensanche del pozo piloto según lo requerido para el diámetro de entubado que se tendrá, con triconos de 12½” - 15½” -
17½”.

Terminadas las tareas del ensanche del pozo se procederá al reperforado de todo el pozo a objeto de verificar la verticalidad del mismo, como la de determinar la libre homogeneidad en el diámetro anular.

-Entibado

Determinada la verticalidad del pozo se procederá al entubado, este se lo arma de acuerdo  al diseño en tramos de hasta 9 m de largo que es la capacidad de las torres de perforación, este puede ser armado insitu  o ya tenerlo listo en otro lugar, se produce a introducir todo el entubado ya preparado.

Después se procede con el lavado primario del pozo el cual se lo realiza por medio de inyección súbita de agua limpia al pozo por medio de tubería de 1½” de diámetro la cual tiene como objeto remover y desalojar todos los materiales sólidos existentes en el pozo.

Posteriormente se procede a vaciar el engavillado (granulometría de la grava de 2 a 6m.) en la pared anular del pozo y se continuara con el lavado hasta obtener agua de retorno libre de sólidos.

-Desarrollo  del  pozo

Los procedimientos diseñados para maximizar el caudal que puede ser extraído de un pozo, se denomina desarrollo del pozo. El desarrollo de un pozo tienes dos objetivos principales:

   Reparar el daño hecho a la formación durante las operaciones de perforación,  y así restaurar las propiedades hidráulicas del mismo.
   Alterar las características físicas básicas del acuífero en las cercanías del hueco del pozo, de modo de modo que el agua fluya libremente hacia el pozo.

Los principales métodos de desarrollo de pozos es el pistoneo del pozo en el área de los filtros, que consiste en forzar el flujo hacia el exterior de la rejilla, luego hacia el interior de la misma, para ello determinar con la acción del flujo el desalojo total de las infiltraciones del lodo Bentonitico en las áreas circunvecinas a los acuíferos, mediante el ascenso y descenso de una especie de pistón colocado en el entubado, el cual consiste de dos discos de goma o de cuero, colocado en tres cilindros de acero o de madera.

Finalizadas las tareas del pistoneo, se procederá al desarrollo por acción directa del inyectado de aire comprimido, inyectando aire a presión dentro del pozo logrando expulsar todas las partículas finas en suspensión en la mezcla de agua aire, se desarrollara cada área de acuífero por  un  tiempo  no  mayor  de  15  minutos  de  forma  descendente  hasta  llegar  al  cono sedimentador.

-Prueba  de  bombeo

Es la última fase del pozo perforado en el cual se determina la calidad del pozo, esto es lo que pretendemos mejorar con un buen diseño y desarrollo del pozo.

Para  este  proceso  se  utiliza  tubería  de  expulsión  de1½”,  bomba  sumergible,  esta  con  su respectivo tablero de control de electrodos de nivel, válvulas de no retorno en las tuberías de expulsión, llave de paso en la salida un caudalímetro conectado en la tubería de expulsión para aforar el pozo.

En dicha prueba se determinará los parámetros hidráulicos del pozo:

NE:      Nivel Estático
ND:     Nivel Dinámico Cono de depresión o abatimiento
Q:        Caudal de producción
T:         Tiempo de recuperación
Qp:      Caudal optimo de producción

-Desinfección

La desinfección de la tubería de revestimiento y filtros serán tratados con cloración, terminada la prueba de bombeo durante 24 Horas, la cantidad de cloro a utilizarse dependerá del Ph y de la temperatura del agua en un tiempo y de la temperatura del agua en un cierto periodo de contacto junto con otros valores que dependerán de la zona a tratarse.

-Sello  sanitario

El sello sanitario propuesto en un núcleo impermeable de arcilla compactada alrededor de la tubería del pozo la cual sirve para evitar el ingreso de las aguas superficiales por infiltración al prefiltro natural constituido por el empaque de grava, para proceder armar encima de este, una superficie rectangular de hormigón ciclópeo de 1m3 en el cual se empotran los engravilladores los cuales tienen 2 metros de largo con un empotre de un 1m por debajo del sello sanitario conectado con la grava del pozo, los cuales sirven para aumentar grava a medida que esta baje en el pozo (asentamiento del empaque de grava).

Por seguridad se fabrica una tapa para el pozo la cual es del mismo diámetro que la tubería utilizada en el entubado, esta se la coloca enroscada en la tubería para evitar que pueda entrar en el pozo cualquier objeto que pueda dañar la bomba o los filtros de este.

miércoles, 23 de febrero de 2011

Perforación Manual de Pozos.


Existen diversos métodos de perforación manual, la mayoría de los cuales son por percusión. Entre ellos tenemos:

Pala vizcacha, Es el modelo clásico manual para perforar pozos. Se perfora sin la inyección de líquidos, solamente escarbando en la tierra dando vuelta la broca mediante la manija. Una vez llena la broca hay que sacarla y vaciarla, sacando barra por barra afuera. Por ello es muy importante que las barras estén hechas de fácil conexión.

A golpes, Se usa en sedimentos blandos y consiste en usar tuberías de FºGº de diámetros de 1-1/2” generalmente, y con una punta de acero que a la vez es filtro. Las piezas de tubería son de 1 a 2 m y se golpean con un combo o con aparatos especiales hasta hundirlo en el suelo y la profundidad que se puede alcanzar con este método está en los 20 m.

Los equipos de perforación manual con equipos artesanales tienen la ventaja de ser fáciles de construir y permiten perforar pozos de más de 70 m y a bajo costo.

Las limitaciones que se presentan están relacionadas a la calidad del suelo que se quiere perforar, la presencia de rocas o raíces duras no permiten el trabajo. Se obtienen bajos caudales lo que limita mayormente su uso para abastecimiento de agua de consumo humano a nivel unifamiliar o de pequeñas comunidades.

Pese  a  las  limitaciones  de  estos  equipos  de  perforación,  en  las  zonas  rurales  donde  las condiciones topográficas y la disponibilidad de agua superficial de buena calidad sanitaria, no permitan otra alternativa (ver Figura 3.21).

Un equipo de perforación manual típico, tiene las siguientes partes:

  • Torre de perforación
- Dos o tres cuerpos de 1.30 m cada uno, de acero A-53

- Tres bases circulares de acero A-53

- Un ángulo L de acero A-36

- Un soporte de polea, de acero A-53

- Barras con sus respectivos pernos

  • Tubería de perforación
30 tubos de fierro galvanizado de 3/4” x 2 m de largo, roscados en un extremo y con una unión simple en el otro extremo, acondicionados con pestañas de fierro soldadas que encajan en la manija.

  • Manija
De fierro galvanizado de ½” x 0.50 m de largo con un dispositivo central abisagrado que permite encajar con las pestañas de los tubos de perforación, para posibilitar la acción de rotación de estos.

  • Broca de perforación:
Construida con acero A-36, con diseño de acuerdo al tipo de terreno a  perforar.

  • Bomba de lodos
De tubo galvanizado, con cilindro de 2” de diámetro, se conecta con la tubería de perforación mediante una manguera plástica de 6 m de longitud.


  • Accesorios
- Cuerda (soga) de 35 m de nylon para tirantes de la torre y para jalar los tubos de perforación a través de la polea.
- Cuatro estacas de acero estructural de 1” por 0.60 m, para anclar en el suelo los tirantes de la torre.
- Una plancha de acero en forma de U, para facilitar el retiro de los tubos una vez concluida la perforación del pozo.
- Un tornillo-herramienta que sirve para facilitar el armado y desarmado de los cuerpos de la torre.

Perforación de Pozos por Rotación.


Estos equipos se caracterizan porque trabajan girando o rotando la broca, trícono o trepano perforador (ver Figura 3.20).

El sentido de la rotación debe ser el mismo usado para la unión o enrosque de las piezas que constituyen la sarta de perforación. Todas las brocas, trépanos o tríconos, son diseñados para cortar, triturar o voltear las distintas formaciones que pueden encontrarse a su paso. Estas herramientas son diseñadas para cada tipo de formación o terreno.

El  trabajo  de  perforación  se  realiza  mediante  la  ayuda  del  lodo  de  perforación  el  cual desempeña las  siguientes  funciones: evita  el  calentamiento  de  las  herramientas  durante  la operación, transporta en suspensión el material resultante de la perforación hacia la superficie del terreno y finalmente formar una película protectora en las paredes del pozo para de esta manera impedir el desmoronamiento o el derrumbe del pozo.

Un equipo de perforación por rotación motorizado típico, tiene las siguientes partes:


-Mesa de rotación, Su función es la de recibir la fuerza necesaria del motor para poder girar la sarta dede perforación.

Estas mesas pueden ser accionadas por acople directo o por engranajes y son redondas con tamaño de acuerdo a la magnitud del equipo de perforación. En el centro lleva una abertura que puede ser cuadrada o hexagonal por la que pasa la barra giratoria llamada Kelly.

-Barra giratoria o Nelly, es una barra generalmente cuadrada de 4” de lado y que pasa por el centro de la mesa rotatoria y recibe de esta el necesario movimiento giratorio para poder perforar.

El extremo inferior se acopla a las brocas y el extremo superior al eslabón giratorio llamado Swivel que lo soporta conjuntamente con toda la sarta de perforación.

La barra es de acero de alta dureza y es hueca por el centro (2”), para de esta manera permitir el paso del lodo de perforación hidráulico.

El Kelly puede subir, bajar o detenerse cuantas veces lo desee el perforador mediante el accionamiento de los controles respectivos.

-Swivel o eslabón giratorio, es un mecanismo que va acoplado a la parte superior del Kelly, es una pieza hueca en el centro. Aquí se acopla la manguera que viene desde la bomba de lodos.

-Drill pipe o tubería liviana de perforación, tubería construida con acero especial y se usa agregándose cada vez que se introduce el Kelly totalmente en el pozo y vuelve a sacarse, ya que de esta manera a dejado el espacio disponible para la tubería.

-Drill collars o tubería pesada de perforación, también conocida como Botellas o sobrepeso. Son tubos de 6” ó más y de 10‘a 20’ de largo y con un peso de 500 a 700

Kg. Su finalidad es aumentar el peso de la sarta de perforación y conseguir fácilmente el corte con los tríconos.

-Tríconos o brocas de perforación, las brocas tienen la función de desagregación de las rocas durante la perforación de un pozo. Existe una amplia gama de tríconos y cada uno está diseñado para determinadas desagregar rocas con determinadas características mecánicas y abrasivas.

-Bomba de lodos, su función principal es tomar el lodo de perforación de la poza de lodos y llevarla por la manguera hacia el Kelly y al fondo del pozo.

El lodo asciende a la superficie llevando en suspensión el detritus de la perforación. Por un canal pasa al la poza de sedimentación donde se depositan por su propio peso partículas grandes y pesadas, arena, etc.

Del pozo de sedimentación el agua con menos material en suspensión pasa por medio de otro canal hacia el pozo principal donde nuevamente es bombeado al pozo, cerrando en ciclo.

-Motor, pueden ir acoplados al chasis del remolque o puede usarse el mismo motor del camión del equipo de perforación. La potencia depende de la magnitud del equipo de perforación.

Figura 3.20: a) Equipo motorizado de perforación por rotación  b) El tricono es la herramienta de perforación
[Ref. 13]

Perforación de Pozos por Percución.


La gente de la antigua China perforaba hace 1000 años, pozos de hasta 900 m de profundidad para explotar sal. Con un hierro pesado de la forma de una pera golpearon constantemente las rocas a perforar. Un poco de agua en el fondo del pozo se mezclaba con el polvo de roca y se extraía con baldes de tubo (ver Figura 3.19).

El método se basa en la caída libre de un peso en sucesión de golpes rítmicos dados contra el fondo del pozo.

Las partes típicas de un equipo motorizado de perforación a percusión son:

-Tren de rodaje, estos equipos vienen generalmente montados sobre un chasis de acero sobre cuatro ruedas con neumáticos, pero también las hay motadas sobre un camión.

-Bastidor, es una caja de ángulos de acero y brazos articulados en donde se ubican las piezas vitales de la perforadora y soporta además a la torre.

Figura 3.19: a) Equipo motorizado de perforación de percusión    b) El trepano es la herramienta de rotura
[Ref. 13]

-Mástil o Torre, generalmente son de tipo telescópica y viene en dos tramos de 36 pies cuando esta extendida y 22 pies cuando está recogida, con sus respectivos dispositivos de extensión. El largo de la torre está en función con la sarta de perforación.

-Tiro de remolque, es el mecanismo que va unido al tren de rodaje de la perforadora.

-Motor, para poder accionar todo el equipo de perforación se necesita un motor ya sea a combustión  interna  o  con  energía  eléctrica  como  en  el  caso  de  algunos  equipos soviéticos.

martes, 22 de febrero de 2011

Métodos de Perforación de Pozos.

Una perforación es un hueco que se hace en la tierra, atravesando diferentes estratos, entre los que  puede  haber  unos  acuíferos  y  otros  no  acuíferos;  unos  consolidados  y  otros  no consolidados. Cada formación requiere un sistema de perforación determinado, por lo que a veces un mismo pozo que pasa por estratos diferentes obliga a usar técnicas diferentes en cada uno de los estratos.

Una misma perforación puede atravesar varios acuíferos, por lo que es conveniente valorar cada uno de ellos para definir cuales deben ser aprovechados a la hora de terminar el pozo.

La determinación de si una formación es acuífera o no, así como de su permeabilidad, se hace con base en las muestras que el perforador obtiene durante el transcurso de la perforación; de aquí la gran importancia que tiene realizar un buen muestreo.

Existen métodos mecanizados y manuales para perforar pozos, pero todos se basan en dos modalidades:  percusión  y  rotación.  Así  mismo,  se  emplea  una  combinación  de  ambas modalidades.

Clasificación de los Pozos según el Método de Construcción.

Los pozos se clasifican en cinco tipos de acuerdo con el método de construcción.

Pozo excavado, Aquel que se construye por medio de picotas, palas, etc., o equipo para excavación como cucharones de arena. Son de poca profundidad y se usan donde el nivel freático se encuentra muy cercano a la superficie. Su principal ventaja es que pueden construirse con herramientas manuales, además su gran diámetro proporciona una considerable reserva de agua dentro del pozo mismo.

Pozo taladrado
, Aquel en que la excavación se hace por medio de taladros rotatorios, ya sean manuales o impulsados por fuerza motriz. Su principal ventaja es que pueden construirse con herramientas manuales, además su gran diámetro proporciona una considerable reserva de agua dentro del pozo mismo.

Pozo  a  chorro,  Aquel  en  que  la  excavación  se  hace  mediante  un  chorro  de  agua  a  alta velocidad. El chorro afloja el material sobre el cual actúa y lo hace rebalsar fuera del hueco.

Pozo clavado, Aquel que se construye clavando una rejilla con punta, llamada puntera. A medida que esta se calva en el terreno, se agregan tubos o secciones de tubos enroscados. Son de pequeño diámetro.

Pozo perforado, La excavación se hace mediante sistemas de percusión o rotación. El material cortado  se  extrae  del  hueco  con  un achicador,  mediante  presión  hidráulica,  o  con  alguna herramienta hueca de perforar, etc.

Cada tipo de pozo tiene sus ventajas particulares, que pueden ser, la facilidad de construcción, tipo de equipo requerido, capacidad de almacenamiento, facilidad de penetración o facilidad de protección contra la contaminación.

Perforación de Pozos.

La  obra de captación de una fuente subterránea la constituye el pozo o la galería de infiltración. A fin de lograr el mejor diseño es necesario establecer algunas definiciones y características de los pozos (ver Figura 3.18).

Figura 3.18: Características  de un pozo [Ref. 12]
Nivel dinámico (ND): Medida del nivel de agua de un pozo en producción, relativa a la superficie del terreno en el lugar.

Nivel estático (NE): Medida de nivel de agua en un pozo, en reposo o estancamiento, relativo a la superficie del terreno en el lugar.

Abatimiento (m): La distancia vertical medida desde el nivel estático al nivel del agua cuando opera una bomba. Con frecuencia este valor se obtiene de pruebas realizadas durante un aforo.

Un pozo para abastecimiento de agua es un hueco profundizado en la tierra para interceptar acuíferos o mantos de aguas subterráneas.

lunes, 21 de febrero de 2011

Diseño de los Puentes Losa.

El diseño de los puentes losa debe efectuarse basándose únicamente en   los momentos producidos por cargas, no siendo necesario comprobar en la losa el esfuerzo cortante, ni la adherencia, y el diseño se hace basándose en las formulas dadas anteriormente para el ancho efectivo.

El calculo de los momentos debe hacerse separadamente para el peso propio y la carga viva , tomando en ambos casos una faja de losa de un ancho de unidad.

Si  las losas se hallan bajo relleno, el ancho efectivo debe de aumentarse en 2 veces  la altura del  relleno, teniendo en cuenta que este reparte su carga a 45º  manteniéndose siempre limites máximos de ancho efectivo en función del ancho de la losa y del numero de líneas de transito.

Para la estimación del peso propio  el espesor de  la losa puede tomarse aproximadamente  como Lc/20  para  losa mayores de 6.0 m. y  Lc/15 para luces menores ó usar las fórmulas recomendadas por la AASHTO.

Diseño y Construcción de Puentes Esviajados.

Se  dice  que el tablero de un puente tiene esviaje ó que está construido en esviaje, cuando la forma en planta del tablero no es rectangular.  Esto quiere decir que la horizontal de los apoyos del  tablero forman  un ángulo distinto a 90 grados,  con el eje  longitudinal del tablero.

En la mayor parte de los casos modernos los puentes son esviajados, no presentando mayores problemas ni inconvenientes si éstos están compuestos por vigas, en cambio cuando se trata de losas simplemente apoyadas los esfuerzos que en ellas se presentan difieren de los de las losas rectas, aumentando esta diferencia con el ángulo de esviaje.

Los  tableros con  planta curva también tienen las mismas dificultades, las cuales aumentan mientras menor sea el radio de curvatura  y mayor la longitud de los tramos.
En el caso de losas simplemente apoyadas las cargas se transmiten a los apoyos extremos tratando de seguir el camino mas corto para llegar a ellos.

Se puede observar entonces que los planos de esfuerzo máximo no son paralelos al eje del camino con lo que la deformación de la losa esviajada tenderá a la de una superficie alabeada. En la siguiente figura se muestra esquemáticamente la variación de reacciones en función de los diversos ángulos de esviaje.

La determinación exacta de estas variaciones de reacción es muy difícil, sin embargo a continuación se presenta un procedimiento simplificado que permite soluciones rápidas y racionales. Tratándose de tramos con varias losas esviajadas, la reacción sobre las pilas se va compensando tendiendo a la uniformidad.



 Figura  5.4.  Fuente: (Puentes de Hugo Belmonte)

Si el esviaje es hasta de 20°, para el cálculo se considerará como luz la que se mide a lo largo de la línea central en el eje del camino precediéndose luego como si la losa fuese recta, incrementando las reacciones en las esquinas de los ángulos obtusos entre 0 y 50 % sobre la reacción media en proporción al ángulo de esviaje.

Si el ángulo de esviaje está comprendido entre 20° y 50° se tomará como luz de cálculo, la distancia perpendicular a la cara de los apoyos acotada con Lc en la figura 5.5, precediéndose luego como si la losa fuese recta, con lo que se define su espesor y armadura pero como no es recomendable disponer la armadura AS, perpendicularmente a la cara de los estribos porque no se cubren las solicitaciones de torsión en las esquinas con ángulos agudos, lo que se hace es proyectar esta armadura para lo que se multiplica el área de acero AS , por la secante al cuadrado del ángulo de esviaje con lo que se obtiene la armadura AS1 paralela al eje del camino.

En este caso, las reacciones en las esquinas de los ángulos obtusos se incrementan entre 50 y 90 % sobre la reacción media y proporcionalmente al ángulo de esviaje comprendido entre 20° y 50°.

Para esviajes mayores a 50° no se debe emplear losa, aunque sean muy cortos los tramos, recomendándose en este caso las vigas T, las cuales provocan reacciones mayores en correspondencia con el ángulo obtuso pero en menor proporción que las losas, despreciándose este  incremento en el cálculo.

Figura 5.5 Losa esviajada entre 20º - 50º  y la disposición de la  armadura

A continuación se desarrollara un ejemplo del diseño de un puente losa considerando el ángulo de esviaje.

domingo, 20 de febrero de 2011

Dispositivos de Apoyos de las Losas.

El   apoyo fijo  y   el  móvil  de  una  losa  pueden estar constituidos no solamente por un apoyo de neopreno sino también pueden ser constituidos por una plancha de calamina o  cartón, preferiblemente cubiertos con brea, que  aislé la  losa de la cajuela del estribo o pilar, para evitar  así la continuidad.

El apoyo  fijo se diferencia del móvil en que la losa se ancla al estribo o pilar  mediante  varillas  de  acero (Dowelz)  colocadas  en hileras  paralelamente  al  cuerpo  del estribo. Estas  varillas son  suficientes para anclar la losa impidiendo movimientos  horizontales  de  la  misma  pero  que no transmite momentos.

Características Generales de los Puentes Losa.

Los puentes losas requieren por lo general más acero y más concreto que otros puentes, pero su encofrado es mucho más sencillo, siendo algunas veces mayor la economía representada por la facilidad de ejecución del encofrado que el costo de la mayor cantidad de material.

A medida que se incrementa la luz del puente, también la diferencia entre la cantidad de los dos tipos de materiales va aumentando y no así la diferencia del costo del encofrado, existiendo así por lo tanto un limite económico para el empleo de los puentes losas. Este limite depende del costo relativo de los materiales (acero, cemento principalmente) al costo del encofrado. Es por eso que el limite esta entre los 7 a 12 metros, como se indico anteriormente.

sábado, 19 de febrero de 2011

Tipos de Puentes de Losa.

Los puentes losas pueden formar uno de los tres tipos siguientes:

1) Uno o mas tramos de losa simplemente apoyados sobre estribos y/o pilares. Este tipo se denominan losas simples, y puede observarse en la figura 5.2 o en la  figura 5.3.

Figura 5.3.  Puente de losa maciza de concreto armado de varios tramos

2) Una losa continua extendiéndose sobre tres o más apoyos pero sin que esta forme una sola sección con estos. Este tipo de losa se denomina losa continua y puede ser de espesor uniforme o variable y en este último caso la variación de espesor puede ser lineal o parabólica.

3) Una losa continua y además la cual este unida con sus apoyos, en uno o más tramos, constituyendo una losa en pórtico. En este caso el espesor es mayormente variable salvo que se trate de losas de luces inferiores a 6 metros por cada tramo.

En el presente capítulo solo se tratará el primer tipo, las losas simples recordando al estudiante que  los otros dos tipos pueden ser tratados como un caso de puentes continuos y como un pórticos respectivamente.

Puentes Losa.

Este tipo de puentes son usados especialmente para luces menores a los 7 metros en puentes carreteros y 5 metros tratándose de puentes ferroviarios , pudiendo llegarse  a luces de 12 metros con hormigón armado y hasta los 35 metros con losas de hormigón preesforzado, y son de una gran ayuda espacialmente cuando se están reutilizando antiguos estribos , en las figuras siguientes se puede observar algunas características más importantes de este tipo de puente.


Figura 5.1  Vista en perspectiva del puente losa 



Figura 5.2   Sección longitudinal de puente losa isotático  ( Para este tipo de puentes se recomienda en la mayoría de los casos usar un apoyo fijo en un extremo ( A ) y otro móvil en el oto ( B )

viernes, 18 de febrero de 2011

Puente de Losa y Alcantarilla: Introducción.

Como ya se menciono antes entre los distintos tipos de puentes clasificados por el material del cual están construidos tenemos una gran variedad, como ejemplo se menciona a los puentes viga  ya que estos pueden estar constituidos por hormigón armado, hormigón preesforzado, acero, madera, etc.

Allí por donde vayamos nos encontramos con puentes.  A menudo los utilizamos sin prestarlos atención, excepto cuando se trate de un particular ejemplar. Hay muchos puentes que son dignos de ver, incluso los menos favorecidos, si nosotros sabemos observarlos y cómo observarlos.
A partir de este capitulo se desarrollará y describirá algunos  de los tipos de puentes más usados y conocidos en nuestro país, ya que para el análisis de puentes de un grado de mayor complejidad solo se puede recurrir al uso del criterio del proyectista y/o calculista ya que los principios básicos están dados en nuestra larga formación universitaria.

Al comenzar a estudiar los distintos tipos de puentes  comenzaremos por los más sencillos y los más económicos para aberturas  menores a los 8 a 10 metros; los más comunes entre ellos tenemos a los puentes losa, las  alcantarillas cajón y las bóvedas, los cuales serán estudiados más adelante.

jueves, 17 de febrero de 2011

Tipos de Entibados.


a)  Apuntalamiento

El suelo lateral será entibado por tablones de madera de 1” * 6” espaciados sen el caso, trabados horizontalmente con rollizos o puntales de eucalipto con diámetros entre 4” y 6” o vigas solera de madera de diferentes secciones.

b)  Discontinuo

El suelo lateral será entibado por tablones de madera de 1” * 6”, espaciados 16 cm y trabados horizontalmente por soleras (vigas de madera) en toda su extensión y rollizos de eucalipto con diámetros entre 4” y 6” cada 1.35 m con excepción de la extremidad de los listones donde los puntales estarán a 0.40 m.

c)  Continuo simple

En este caso la contención del suelo se hará con  tablones de 1” * 6”, punteadas unas con otras y trabadas horizontalmente con soleras (vigas de madera) en toda su extensión y rollizos de eucalipto con diámetros de 4” y 6” o vigas de 3” * 6” espaciadas 1.35 m con excepción de las extremidades donde los puntales estarán a 0.40 m.
d) Continuo especial

En este caso el suelo lateral será contenido por tablones de 2” * 6”, de tipo hembra y  macho y trabados horizontalmente por vigas de 3” * 6” en toda su extensión y rollizos de eucalipto de 6” de diámetro espaciados 1.35 m con excepción de las extremidades de los listones donde los puntales estarán a 0.40 m.

e) Metálico-madera

En este caso el suelo lateral será contenido por tablones de madera 2” * 6”, contenidos en perfiles metálicos doble T de 30 cm (12”) espaciados cada 2.0 m e hincados en el terreno con la penetración indicada en el proyecto y de conformidad con el tipo de terreno y la profundidad de la zanja.

Los perfiles serán soportados con perfiles metálicos doble T de 30 cm (12”) espaciados cada 3.0 m. Para las zanjas de profundidad hasta 6.0 m en condiciones normales será utilizado un cuadro de soleras y rollizos. El entibado debe ser proyectado atendiendo las peculiaridades de cada caso.

Para evitar sobrecargas en el entibado, el material excavado será depositado a una distancia de la zanja, como mínimo igual a su profundidad.

Como referencia, a continuación se describe el entibado recomendable en función del tipo de suelo:



Cuando el agua se encuentra de manera inesperada, el fondo de la zanja puede estabilizarse temporalmente con grava, roca o escombros. Este tipo de material causará el arqueo entre granos del suelo y evitará su fluidizacion. El flujo del agua no será detenido mediante esta técnica.

Si el flujo no es tan grande como para causar fluidizacion, se puede remover permitiéndole correr a lo largo del fondo de la zanja hacia un sumidero, desde el cual es luego bombeado. En la construccion de alcantarillas grandes, se puede colocar un drenaje inferior baldosinado de junta abierta en el fondo de la zanja por debajo de la ubicacion de la estructura mayor para suministrar un drenaje más completo y un fondo seco de zanja para la construccion. El drenaje se deja en el lugar cuando se termina de construir la alcantarilla, pero se debe desconectar de tal forma que no genere un drenaje permanente del suelo.

Baldosa, pieza plana y de escaso grosor con respecto a su tamafio,  por lo general de forma cuadrada o rectangular, de borde o biseles, que se aplica como material de revestimiento para suelos. Suelen ser de cemento hidráulico, cerámica, conglomerado de granito y terrazo.