24 Septiembre 2012

Desafíos: Clase Nº 6
Análisis Paper 

         El texto a analizar trata a grandes rasgos sobre el triángulo de análisis geotécnico y un poco sobre vida de Terzaghi en los inicios de esta disciplina. Terzaghi es el principal y el padre de esta rama ingenieril, nació en Praga en el año 1883, en un comienzo se interesó en mecánica estudiando esto en la Universidad Técnica de Graz, pero le llamó más la atención la perspectiva geológica de la ingeniería civil, estudió finalmente ingeniería civil y trabajó en una central hidroeléctrica. Reconociendo la influencia de los estudios geotécnicos en la ingeniería civil se fue a trabajar a estados unidos en donde estudio fenómenos geotectónicos a fin de correlacionar distintas fallas geológicas, estuvo sólo 2 años (1912-1914) debido a la primera guerra mundial. Poco después de su nombramiento en la Royal Ottoman Engineering University en Constantinopla en 1916, Terzaghi comenzó a buscar en la literatura de ideas sobre el comportamiento mecánico del suelo. En síntesis Terzaghi hacía hincapié en la enorme importancia de reunir y examinar pruebas materiales para apoyar los procedimientos empíricos. Estableciendo así cuatro aspectos a considerar:

• El perfil del terreno incluyendo condiciones del agua subterránea

• El comportamiento observado y medido de la tierra

• Predicción utilizando modelos adecuados

• Los procedimientos empíricos, el juicio basado en los precedentes

           

                   Denominando esto el triángulo geotécnico. Luego el texto habla sobre la relación entre los ingenieros civiles estructurales con los geotécnicos, marcado siempre por discrepancias, concluyendo que existe toda una gama de modelos que pueden ser desarrollado en el análisis de un terreno, que van desde lo intuitivo hasta modelos numéricos altamente sofisticados. La clave está en apreciar las idealizaciones y las limitaciones que se imponen. Finalmente, cabe mencionar que es de suma importancia tener en cuenta los registros de casos anteriores aunque,  es evidente de lo anterior que, incluso si los ingenieros tuvieran  poder analítico ilimitado, las incertidumbres en el suelo y la estructura son tan grandes que la precisión en la predicción del comportamiento sería poco probable que mejore significativamente en el futuro.

                 El triángulo geotécnico fue concebido originalmente como una ayuda educativa, como medio de ilustrar a los estudiantes y los ingenieros de las actividades distintivas y sus interacciones, que participan en la ingeniería geotécnica.

Resumen Video

   El vídeo corresponde a una introducción de los procesos de taladreo y muestreo en el área geotécnica y las herramientas que utilizan. El tipo de exploración que se utiliza depende del tipo de proyecto y de la estructura del terreno que indica cuantas muestras de él se tomará.

La mayoría de las investigaciones del subsuelo son llevadas a cabo por torres de perforación clasificadas en 4 categorías básicas:
1) Highway (carretera)
2) Off road (fuera de las vías)
3) Over water (sobre el agua)
4) Portables (portátiles) 

1) Highway: el taladro utilizado va montado sobre un camión industrial que le permite movilidad. Estas son llevadas a terreno de fácil acceso y relativamente nivelado.

2) Off road: son usados en lugares de difícil acceso y son montadas en camiones con ruedas largas de goma. En caso de no poder llegar fácilmente al lugar se utiliza un helicóptero para transportar el sistema de taladro.

3) Over water: usado para investigar el subsuelo bajo masas de agua, la maquinaria de este taladro va al centro de una balsa y el taladro como tal baja por un agujero en la parte trasera.

4) Portable: son manuales o parcialmente operados, usados en lugares donde el acceso de los otros tipos de taladros es imposible y un helicóptero no es rentable.
Se explica que ante cualquier proceso hay que investigar las posibles empresas de servicios públicos involucradas y los obstáculos que podríamos tener para así obtener la acreditación necesaria por ley.

Se discutieron 4 métodos de taladreo:
1) Solid stem continuous flight auger (perforadora de barril sólido y vuelo continuo)
2) Hollow stem continuous flight auger(perforadora de barril ahuecado y vuelo continuo)
3) Muddy rotary (rotor de lodo)
4) Coring (nucleación)

1) Solid stem continuous flight auger: tiene 2 componentes básicos: la broca (drill bit) y los vuelos de la perforadora (auger flights) que funcionan conectados entre sí. Cuando gira corta y afloja el suelo permitiendo que los restos se eleven desde el agujero. Se usan 2 tipos de brocas comunes: fish tail (cola de pez) y finger (dedo) que usan conectores masculino y femenino en conjunto con el drill head (cabeza de la perforadora) asegurados por pernos del taladro para unir el sistema.

2) Hollow stem continuous flight auger: la diferencia con la anterior es que tiene un hueco al centro donde es tomada la muestra. Las brocas poseen dientes de distintos tipos que pueden ser reemplazados para adaptarse a distintas condiciones. Las brocas más comunes son la fish tail y la stepwise (por pasos). La ventaja respecto a la anterior es que se puede remover la muestra y los auger flights permiten que no colapse el agujero.

3) Muddy rotary: es muy diferente a las anteriores ya que el objetivo es sacar el lodo o agua del agujero que se está haciendo. Las brocas son conectadas a una serie de barriles unidos al drill head. Los tipos de brocas son: drager (arrastradoras), roller (giratorias) y pluger (conectoras). También hay brocas reemplazables con diferentes partes, son convenientes ya que sólo se cambian las partes dañadas por otras nuevas.

4) Coring: es usada para suelos muy duros y es parecido al muddy rotary la diferencia es que el core barrel (barril nucleado) reemplaza a la broca. Sus piezas son: core barrel head (cabeza del barril nucleado), outer barrel (barril exterior), inner core recovery tube (tubo recolector del nucleo), reaming shell (armazon de escariado), core lifter (elevador del nucleo) y coring bit (broca de nucleación). Así se toma la muestra de alguna roca sin ser dañada por fluidos circundantes. Las brocas usadas son: diamond (de diamante), carbide (carburada) y saw-tooth (diente de sierra).

Se pueden ver en el vídeo 4 tipos de muestreo:
-Split spoon sampler (muestreo de cuchara dividida): compuesta de: barrel shoe (pie del barril), split barrel (barril dividido), solid sleeve (manga solida) y sampler head (cabeza de la muestra). Desarmando el sistema de piezas se puede obtener la muestra que luego es enviada a algún laboratorio para estudiar sus características. El mecanismo funciona con un martillo que golpea al tubo para que descienda por el suelo y así obtener la muestra de él. La energía entregada al tubo para su descenso depende de variadas características como la dureza del suelo, la masa del martillo, incluso del operador de la maquina.

-Thin walled sampler (muestreo de paredes delgadas): es un tipo de tubo que obtiene muestras de gran calidad o relativamente sin perturbaciones que puede preservar la estructura natural del material, es un tubo liso con un extremo afilado de corte en eje para atravesar mejor la superficie del suelo y del otro extremo se puede atornillar a la cabeza del mecanismo. Para reducir las imperfecciones en la muestra este tubo se baja a velocidad constante sin usar un martillo, luego estas muestras van al laboratorio.

-Piston samplers (muestreo con pistón): hay veces en que la muestra puede ser distorsionada por el roce con el exterior del tubo, por otro lado la adición de fricción entre el tubo y la muestra se opone a la elevación de la muestra, para esto se usa un pistón al final del tubo, el pistón impide que la muestra suba rápidamente por el tubo mientras este desciende a través de él, así también el pistón ejerce un vacío que hace que la muestra no caiga al momento de subir el tubo. Se usa en suelos sensibles.

-Pitcher sampler(muestreo de lanzador):sirve para suelos mas compactos, cuando el tubo delgado llega al fondo del agujero es empujado hacia adentro del cutter barrel (barril cortador) que al mismo tiempo está descendiendo. Cuando el suelo es suave, el resorte en la cabeza del tubo mantiene el eje de corte del tubo bajo el barril cortador y los 2 son empujados como un tubo ordinario. Si el suelo es duro, el resorte es comprimido dentro del eje de corte y baja el barril cortador que gira cortando el alrededor para que así el tubo siga bajando fácilmente. Este tipo de tubo se adapta al tipo de suelo.

Hay efectos de las perturbaciones de las muestras, mientras más perturbaciones tenga el suelo es más difícil evaluarlo para trabajar en él. No solamente pueden ocurrir perturbaciones en las muestras sino también en el cambio que sufre la dureza del suelo por condiciones geológicas como temperatura, corrosión o presión. Todo esto puede afectar en el momento de hacer algún tipo de muestreo y la mejor forma es trabajar produciendo el menor porcentaje de imperfecciones que afecten al tipo de suelo.