Muestras inalteradas

16.2 Muestras inalteradas

En términos absolutos, el apelativo “inalterado” es poco inasumible, puesto que indefectiblemente toda muestra sufre cierto grado de alteración durante el proceso de extracción, manipulación, transporte y desencapsulado en laboratorio. En tal sentido, debería de considerarse de forma más pragmática un cierto sentido relativo sobre lo «inalterado» de una muestra considerando si los parámetros del terreno medidos en laboratorio se ven o no alterados respecto a la situación «in situ» del material. Ello dependerá también del tipo de ensayo a realizar.

Así, por ejemplo, el resultado obtenido de un ensayo de laboratorio que valore la resistencia del material en las condiciones más desfavorables, para el cual se imponen ciertas condiciones iniciales del terreno (mediante su consolidación previa o su saturación) puede no verse alterado significativamente por la variación de la presión intersticial del suelo o una cierta descompresión inducidas por el muestreo y manipulación del material.

En sentido contrario, la realización de un ensayo en el que se pretenda una valoración detallada de las condiciones «in situ» del material y en las mismas condiciones en las que se encuentra en estado natural, requerirá de un procedimiento de muestreo y manipulación mucho más exigente.

Cabe reseñar, en este sentido, que muchos de los ensayos de laboratorio que se realizan pretenden reflejar el comportamiento del material en la situación más desfavorable de las consideradas en proyecto, por lo cual la realización del propio ensayo altera (empeora) ciertas condiciones respecto a la situación inicial del terreno. A modo de ejemplo citar la saturación del material en ensayos de corte, o bien la desecación previa del mismo en ciertos ensayos de expansividad.

Existen tres procedimientos para tomar muestras inalteradas:

• Tallado de muestras en afloramiento o pared de cata (muestras «en bloque».)
• Obtención de muestras por hinca (en seco) de un tomamuestras adecuado.
• Muestreo mediante tubo de sondeo especial.

16.2.1. Muestras inalteradas tomadas en bloque

Su obtención requiere de operar ante un corte del terreno, bien en el fondo o en un lateral de una calicata, o bien de una excavación a cielo abierto, tallando un prisma de unos 30 x 30 cm (ver fotografía) o en su caso un cilindro, con su posición original indicada. El tallado se realiza a resguardo de un cortamuestras que, conforme se progresa, se hinca en el terreno.

Inmediatamente después de su extracción debe sellarse el material al menos con tres capas de parafina o de un sistema de plastificación, para conservar su humedad y protegerlo durante el transporte.

Procedimiento de obtención y encapsulado de muestras inalteradas tomadas por medios manuales.

Tallado y extracción de una muestra inalterada en bloque

Toma de muestras con portamuestras de filo cortante (UNE 7371:1975)

Es factible la utilización de este método en suelos cohesivos de consistencia media a dura.

Si bien hay que reconocer que se trata de un procedimiento algo engorroso y se utiliza cuando no hay otra opción (sondeos) o cuando el terreno no permite la obtención de muestras de buena calidad en sondeos (limos blandos, limos yesíferos, etc.), no es menos cierto que la calidad de la muestra obtenida por este procedimiento es excelente para el tipo de materiales en el que está indicado.

Al igual que otros procedimientos de inspección y muestreo manual, está especialmente indicado cuando las condiciones de accesibilidad al punto de estudio impiden la realización de reconocimientos convencionales, tales como la inspección de catas de cimientos existentes, estudios de patologías o rehabilitación, etc.

La metodología de la toma de muestras se detalla en la norma UNE 7371:1975.

16.2 Muestras inalteradas en sondeo

Durante la ejecución de un sondeo geotécnico es posible la toma de muestras inalteradas mediante útiles especiales y técnicas específicas, diferenciadas del procedimiento de perforación y avance convencional.

Para su obtención se emplean tubos de pared delgada y borde tallante, que se introducen en el terreno bien por empuje (si el terreno presenta una consistencia baja) o bien mediante golpeo (para terrenos de consistencia media a firme.)

Estos tubos, o tomamuestras, se diferencian en el espesor de la pared de la camisa utilizada. Cuanto más blando es el terreno, más conveniente es que la pared del tomamuestras sea tan fina como sea posible, con la finalidad de que su hinca altere en menor medida el estado del terreno, introduciéndose en tal caso a presión y baja velocidad. En suelos de consistencia media o firme, la hinca de un tomamuestras de pared delgada, o mediante presión, puede resultar inviable, por lo que se recurre a tomamuestras de pared más gruesa, que permiten la hinca mediante golpeo.

En suelos coherentes, la muestra recibida en el interior de la muestra presenta una cierta adherencia respecto a las paredes del tomamuestras, de forma que la retirada del mismo rompe el extremo inferior del material, evacuando la muestra íntegra. En suelos de cohesión baja este procedimiento es inviable, puesto que la presión negativa (a modo de ventosa) que se provoca durante la retirada del tomamuestras, empuja a la muestra hacia fuera del tubo, impidiendo su recuperación. Para evitar esta contingencia se utiliza un tomamuestras de pistón fijo (en el presente texto no se tratan procedimientos especiales de muestreo como este último.)

Muestras inalteradas en sondeo con útil de pared gruesa y tubo interior de PVC 

El procedimiento consiste en hincar, a la cota deseada y en el fondo de la perforación, un tubo golpeando con un dispositivo normalizado que actúa sobre el extremo superior del varillaje. El tipo de terreno que es apto muestrear mediante este sistema corresponde a suelos con cohesión y de consistencia media a dura.

Para poder tomar muestras por hinca y golpeo debe emplearse un tubo que tenga un espesor suficiente como para soportar el impacto que va a sufrir durante la penetración. La energía para hincar el tubo se consigue mediante una maza de 63’5 Kg que cae desde una altura de 75 cm (el dispositivo de golpeo es análogo al utilizado para la realización del ensayo SPT o el ensayo de penetración dinámica continua DPSH.)

El tomamuestras utilizado de forma universal es un útil cilíndrico, seccionado transversalmente en cuatro elementos de 15 cm, unidos mediante rosca, que aloja en su interior un tubo de PVC que recibe la muestra conforme se clava. Una vez finalizada la operación, se recupera el tomamuestras, se desmonta el mismo, desalojando el tubo de PVC que contiene la muestra, y se sellan las dos bocas del mismo para evitar que el suelo se deseque. El extremo inferior del tomamuestras (a la izquierda, en la fotografía) consta de un elemento cortante que se clava en el terreno, mientras que el extremo superior (a la derecha) permite la unión al varillaje de sondeo mediante rosca.

Tomamuestras seccionado de pared gruesa (TECSO)

Las dimensiones del útil y de la muestra obtenida son, generalmente, las siguientes:

• Ø Exterior 78.0 mm
• Ø Muestra: 58.0 mm
• Ø Camisa PVC 63.0 mm
• Longitud de la muestra: 600 mm

El desencapsulado de la muestra puede realizarse mediante tallado de la camisa de PCV (es la forma que altera en menor medida el suelo) o bien la extracción por empuje.

La reglamentación de aplicación a la acreditación vigente sobre trabajos de toma de muestras «in situ» indica que el procedimiento descrito queda recogido en la norma XP P-94 202.

Toma de muestras en sondeo con útil de pared delgada (Shelby)

En caso de suelos coherentes de consistencia blanda, el método más adecuado para la obtención de muestras inalteradas consiste en la hinca mediante presión y a baja velocidad de un tubo de acero con borde inferior cortante, con un espesor no superior a 2 mm (denominado comunmente tubo Shelby). Una vez recuperado el tubo en superficie, se sellan sus extremos con el fin de evitar la desecación de la muestra.

El principal Este tipo de tomamuestras tiene el inconveniente de que hay que extraer la muestra del tubo mediante empuje, dado que no es factible cortar la camisa, lo que puede originar una alteración superior al proceso de obtención.

Tubo Shelby (TECSO)

Toma de muestras en sondeo mediante tubo testigo doble y giratorio a rotación

En caso en que la consistencia del terreno requiera de la inyección de agua en la perforación con la finalidad de refrigerar la corona de corte, o que se pretenda recuperar un testigo de la mayor calidad posible, se utiliza un tubo testigo doble y giratorio (descrito en el apartado 2.3.2.1. del presente tema.)

Si el material perforado corresponde a un suelo cohesivo de consistencia firme a dura, o una roca de resistencia baja a media ([1]), la calidad del testigo obtenido es equiparable a la de una muestra inalterada, salvando la zona superficial de la misma (algo afectada por el lavado provocado por el agua inyectada durante la perforación). Esta contingencia puede solventarse tallando y despreciando esta porción en el laboratorio, y obteniendo probetas para ensayo del núcleo del testigo.

Una vez finalizada la maniobra de perforación y recuperado el testigo en superficie, se procede al plastificado o parafinado de la muestra para evitar su desecación.

Testigos de sondeo obtenidos mediante batería doble en calizas margosas

Toma de muestras en sondeo mediante tubo simple y a rotación

La perforación de rocas de resistencia media o alta mediante tubo simple (véase apartado 2.3.2.1 del presente tema) y corona de diamante puede proveer de muestras cuya calidad, a efectos de realización de ensayos de laboratorio convencionales, puede estimarse inalterada, siempre que la competencia de la roca sea adecuada ([2]), y no se vea afectada por discontinuidades que impidan una recuperación completa.

Testigos de sondeo en roca granítica, donde es posible la obtención de muestras no alteradas mediante la perforación con batería simple (cortesía GEOVAL)

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[1] margas, argilitas, limolitas, pizarras poco laminadas, esquistos, areniscas medianamente cementadas.

[2] calizas, dolomías, areniscas o conglomerados bien cementados y rocas ígneas en general.