pruebas de permeabilidad de campo lugeont y lefrancaaa
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PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE CAMPO
INTRODUCCIÓN
Antes de la construcción de una estructura de tierra, es importante verificar que las
propiedades del suelo de la cimentación, sean las indicadas para garantizar la estabilidad
y funcionamiento adecuado de la obra. En algunos casos, dichas propiedades pueden
obtenerse en el laboratorio a partir de muestras inalteradas; sin embargo, es frecuente
que, al no poder obtener muestras inalteradas o suficientemente representativas, se tenga
que recurrir a pruebas de campo para el mismo fin. Las pruebas de campo tienen que
adaptarse a las particularidades de cada obra y, en general, no es posible ni deseable
establecer un procedimiento estándar para su ejecución.
PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE CAMPO
Las pruebas de permeabilidad de laboratorio son útiles cuando la estructura que se
forma está formada por un material que puede considerarse homogéneo, isótropo, o
anisótropo, como en el caso del corazón impermeable de una cortina, construido con la
tierra de un banco de préstamo homogéneo. En cambio, en las formaciones naturales,
generalmente compuestas por mantos distintos, con variaciones importantes tanto en la
disposición de los mismos como en las características de los materiales, es difícil
estudiar el escurrimiento a partir de un número limitado de ensayes sobre muestras
inalteradas. En mantos de arena y grava es casi imposible obtener especimenes
inalterados. En estos casos es necesario recurrir a las pruebas de campo.
El tipo de prueba de permeabilidad útil en cada caso particular depende de numerosos
factores, tales como tipo de material, localización del nivel freático y homogeneidad o
heterogeneidad de los distintos estratos del suelo, en cuanto a permeabilidad se refiere.
En la tabla siguiente, tomando en cuenta ciertas características del problema bajo
estudio, se expone la aplicabilidad de los diversos tipos de pruebas de permeabilidad a
los suelos aluviales típicos de las boquillas de presas.
Cada tipo de prueba se analiza con métodos de cálculo más o menos elaborados; sin
embargo, los resultados obtenidos de los diferentes métodos de interpretación, propios a
cada prueba, son semejantes; debe prestarse especial atención a la forma en que se lleva
a cabo el ensaye, ya que, dependiendo de los procedimientos utilizados, los resultados
pueden variar de forma significativa.
Además de las pruebas de permeabilidad mencionadas en la tabla anterior, se presenta la
prueba de permeabilidad Lugeon, generalmente usada para masas rocosas.
INSTRUCCIONES GENERALES PARA LA EJECUCIÓN DE PRUEBAS DE
PERMEABILIDAD TIPO LEFRANC
INTRODUCCIÓN
Debido al gran desarrollo que últimamente ha tenido en nuestro país la construcción de
cortinas cimentadas sobre terrenos de aluvión, es de gran importancia investigar la
permeabilidad de dichos terrenos, sobre todo teniendo en cuenta que no son
formaciones homogéneas, sin, que, por el contrario, frecuentemente presentan una
heterogeneidad bien marcada, sobre todo en sentido vertical.
En estas condiciones puede ser conveniente investigar la permeabilidad horizontal en
diferentes horizontes, como dato adicional al de obtener el coeficiente de permeabilidad
medio, por los métodos convencionales de bombeo a través de un pozo central.
CONSIDERACIONES TEÓRICAS
La prueba se ejecutará en una perforación expresamente hecha para el efecto, en que su
extremo interior estará dotada de una cámara filtrante.
La prueba podrá hacerse a flujo constante, sea por bombeo o por inyección de un gasto
constante; o en flujo variable por ascenso o descenso de la superficie del agua dentro de
la perforación. En ambos casos es recomendable que la carga de prueba se limite a
valores del orden de los 5 a los 10 metros. Como máximo.
Para el primer caso, si se denomina por H la diferencia de carga total correspondiente al
gasto Q, la permeabilidad estará dada por:
K = C (Q/H) …………………..(1)
En donde C es un coeficiente que depende de las dimensiones y forma de la cámara de
filtrante, que para efectos de esta prueba se considerará como un elipsoide de revolución
con el eje corto igual con D y una distancia focal F.
K en m/seg
C en 1/m = m-¹
Q en m3 / seg
H en metros
Con objeto de comprobar que las dimensiones son normales se harán ensayos con
gastos mayores y menores que el de prueba y los valores Q, H se llevarán a una gráfica
a escala natural, en donde, si el ensayo es correcto, y el flujo laminar, deberán quedar
alineados a lo largo de una recta pasando por el origen.
Cuando el tramo de prueba se encuentre en la cercanía al fondo impermeable o a la
superficie del manto freático, al coeficiente C debe hacérsele una corrección mediante el
aumento de valor..
Cuando el terreno sea poco permeable, podrá usarse el segundo caso, de flujo variable,
cuyos elementos son:
D = diámetro de la tubería en metros
L = longitud de la cámara filtrante en metros.
Ho = distancia del punto medio de la cámara filtrante al manto impermeable
H1 = carga en el instante t1
H2 = carga en el instante t2
A= área efectiva de la sección transversal de la tubería de prueba m²
(t1 y t2 tiempos correspondientes a H1 y H2)
Para este caso:
C tiene el mismo significado que para el caso 1, obteniéndose los valores
correspondientes usando las gráficas de la figura 2 y 2á
Los diferentes puntos correspondientes a las medidas Hn, Tn deben alinearse sobre una
gráfica log H,T.
Para el cálculo de K por medio de la fórmula (4) es preciso conocer la posición del nivel
estático N. E. Del manto, contada generalmente a partir de la elevación de la boca del
tubo.
El caso 2 puede efectuarse arriba del nivel estático del agua, en cuyo caso las cargas
H´1 y H´2 se medirán a partir del punto medio de la cámara filtrante, la cual estará a una
profundidad Zo, contada a partir de la boca del tubo.
Para valores
y z en metros, se llevarán en una gráfica que, en principio, deben alinearse a lo largo de
una racta, que cortará el eje de las ordenadas (profundidades) en la elevación
correspondiente a la del nivel estático del manto freático.
En el caso que la prueba se haga arriba del nivel estático, la recta cortará al eje de las
ordenadas, a la elevación media de la cámara filtrante, dicha prueba siempre será
bajada.
Condiciones generales que deben que deben satisfacer para que la prueba se considere
aceptable:
La relación 1/d debe ser igual o mayor a 5.
El valor l es conveniente también limitarlo a 10 máximo, pero procurando que los
valores usuales estén comprendido entre 1.0 y 5.0 metros.
Debe considerarse como no satisfactoria la prueba hecha a través del fondo del tubo
solamente debido a la posibilidad de que el material suelto remonte la tubería, falseando
los resultados, y a que el valor de k sería en sentido vertical, principalmente.
CAMARAS FILTRANTES
La cámara filtrante puede construirse por medio de un tramo de tubo ranurado, a partir
del fondo de la perforación, el área de ranuración debiendo ser superior al 15 % del área
filtrante.
Este caso es muy importante que se compruebe por medio de una sonda, que em la
cámara filtrante no ha remontado material fino, limo o arena, que reduzca las
dimensiones de la misma, pues entonces los datos finales serían falsos.
La cámara filtrante también podría formarse con grava gruesa no graduada rellenando el
ramo inferior de tubería de ademe, la que sería izada posteriormente una longitud
determinada. El relleno de grava deberá quedar a una cota superior a la del fondo del
ademe, y estar constituido por granos comprendidos entre 1.5 y 2.5 cm.
En este caso, si se comprueba que la tubería de ademe ha quedado floja dentro de la
perforación, y existe la posibilidad de flujo a través del espacio comprendido entre la
superficie exterior del tubo y las paredes de perforación, y si además, el terreno estás
saturado, deberá hacerse una prueba a base de bombeo. O de flujo variable ascendente.
En fin, la cámara filtrante puede quedar construida por un tramo de perforación, sin
ademe, en caso de que no exista posibilidad de derrumbes y descompresiones del
terreno que puedan falsear los valores correspondientes al terreno virgen.
Siempre que sea posible, debe preferirse la prueba a base de bombeo a flujo variable,
ascendente, con objeto de evitar la posibilidad de formar obturaciones al inyectar agua a
presión, si esta última es muy grande.
Es conveniente que los valores de z1, z2, z´1 y z´2 se obtengan por medio de una sonda
eléctrica introducida a través de un tubo de menor diámetro que el ademe, colocado ex
profeso para el caso.
PRUEBAS LEFRANC
Ejemplos:
Caso num. 1. carga constante.
Datos:
D = 7.6 cm.
H1 = 1.5 m -Zo-- z1
Q = lt/seg - 0.0005 m³ / seg.
L = 1.00 metros.
Los valores que se toman en el campo son:
Zo en m. Profundidad del manto con respecto a la boca del tubo
Z1 en m. Profundidad del agua en el pozo, para un gasto Q constante.
Q en litros por segundo constante, durante 10 minutos.
Y de estos tres datos los que hay que tomar con cuidado son z1 y Q, pues es en los que
se puede cometer errores con gran facilidad. Una forma de limitar las posibilidades de
error es efectuar la prueba con este método solo para valores de Zo reducidos, digamos
del orden de los 5.0 a los 10.0 metros como máximo.
En estas condiciones es posible medir la profundidad Z1 con una sonda eléctrica , a
través de un tubo de menor diámetro que el ademe; y el agua con gasto Q, deslizarla por
4el espacio comprendido entre los dos tubos, y mantener el gasto constante durante 10
minutos.
ENSAYOS LEFRANC
Se entuba la perforación por tratarse de terrenos pulverulentos y la cavidad se abre bajo
la zapata del revestimiento. Se conserva abierta gracias a la inyección de agua que se
realiza a través de las toberas de un trépano pequeño que se mantiene fijo a una
determinada profundidad.
La sobrecarga h de agua en la cavidad viene dada por la observación del nivel libre en el
entubado y el caudal de inyección por la bajada del nivel del tanque.
De este modo se tienen todos los elementos necesarios para calcular K, salvo el
coeficiente C de la cavidad para evaluar este es preciso hacer una hipótesis sobre la
forma de la misma. Por consiguiente, la interpretación del ensayo solo puede
suministrar un orden de magnitud bastante aproximado de las permeabilidades. En
general es suficiente, ya que el coeficiente C varía poco con la forma de la cavidad.
Cuando la dimensión de los granos de las formaciones es demasiado grande para que el
agua pueda formar una cavidad, es necesario recurrir a otro procedimiento.
Algunas veces se puede realizar con la herramienta de perforación con una cavidad de
forma dada asegurando su mantenimiento durante el tiempo que dura el ensayo la
propia cohesión del terreno. En este caso no hay que olvidarse de comprobar que no
sufre ninguna modificación durante el tiempo que se realizan las medidas.
En particular, si se toma como cavidad el espacio en forma de disco que se crea en la
base del entubado, es necesario que no ascienda por él nada de terreno. Si esto no se
cumple rigurosamente, no existe ningún medio de evaluar correctamente el coeficiente a
considerar, ya que la parte de formación que se introduce en el entubado, en general
antes de comenzar el ensayo, se ha descomprimido con relación a la que queda en su
sitio y su permeabilidad cambia.
Además, el cálculo demuestra que, cuando existe un terreno idéntico dentro y fuera del
revestimiento basta con una pequeña subida para que la carga h que hay que sustituir en
la fórmula sea una pequeña fracción de la sobrecarga aplicada. Por consiguiente, hay
que evitar este tipo de cavidad.
Cuando es posible se mantiene el hueco abierto llenándolo con grava gruesa calibrada.
Los vacíos de esta son lo suficientemente grandes para que el agua de inyección no
pierda la carga por su causa.
Finalmente, se puede proveer el entubado de un elemento perforado debidamente
calibrado.
Si los caudales inyectados son muy pequeños y no se puede conseguir una cavidad
inyectando agua, la bomba resulta inútil, entonces se puede introducir el agua con un
bidón de capacidad conocida que mantenga siempre un nivel constante en el entubado.
O más sencillo aún, después de haber llenado el revestimiento de agua, se mide la
velocidad de descenso de esta.
Como se ha visto, estos ensayos se pueden realizar de modo muy variado y conviene
tomar diferentes valores de la sobrecarga para compensar los errores.
La experiencia de estas muestras demuestra que su simplicidad es solo aparente y es
necesario que las efectúen e interpreten técnicos que sepan lo que hacen. Con las
inyecciones de agua se corre el riesgo de provocar fracturas que permiten que se
establezca fácilmente una corriente de agua alrededor del entubado o, por el contrario,
que se obturen las formaciones. Incluso aunque las aguas estén perfectamente limpias,
se puede producir esta colmatación por el desprendimiento del gas disuelto en el agua.
Por todas estas razones se prefiere generalmente efectuar los ensayos por bombeo. Pero
es necesario tomar grandes precauciones para evitar que se produzcan arrastres del
terreno que cambiarían completamente el valor del coeficiente C que se creía aplicable.
Como generalmente las cavidades son de pequeñas dimensiones, las permeabilidades
calculadas se refieren a un pequeño volumen de terreno y se pueden considerar como
puntuales. Es necesario ensayar un gran numero de puntos para poder tener un valor
medio de la permeabilidad del terreno.
INTRODUCCIÓN
Debido al gran desarrollo que últimamente ha tenido en nuestro país la construcción de
cortinas cimentadas sobre terrenos de aluvión, es de gran importancia investigar la
permeabilidad de dichos terrenos, sobre todo teniendo en cuenta que no son
formaciones homogéneas, sin, que, por el contrario, frecuentemente presentan una
heterogeneidad bien marcada, sobre todo en sentido vertical.
En estas condiciones puede ser conveniente investigar la permeabilidad horizontal en
diferentes horizontes, como dato adicional al de obtener el coeficiente de permeabilidad
medio, por los métodos convencionales de bombeo a través de un pozo central.
CONSIDERACIONES TEÓRICAS
La prueba se ejecutará en una perforación expresamente hecha para el efecto, en que su
extremo interior estará dotada de una cámara filtrante.
La prueba podrá hacerse a flujo constante, sea por bombeo o por inyección de un gasto
constante; o en flujo variable por ascenso o descenso de la superficie del agua dentro de
la perforación. En ambos casos es recomendable que la carga de prueba se limite a
valores del orden de los 5 a los 10 metros. Como máximo.
Para el primer caso, si se denomina por H la diferencia de carga total correspondiente al
gasto Q, la permeabilidad estará dada por:
K = C (Q/H) …………………..(1)
En donde C es un coeficiente que depende de las dimensiones y forma de la cámara de
filtrante, que para efectos de esta prueba se considerará como un elipsoide de revolución
con el eje corto igual con D y una distancia focal F.
K en m/seg
C en 1/m = m-¹
Q en m3 / seg
H en metros
Con objeto de comprobar que las dimensiones son normales se harán ensayos con
gastos mayores y menores que el de prueba y los valores Q, H se llevarán a una gráfica
a escala natural, en donde, si el ensayo es correcto, y el flujo laminar, deberán quedar
alineados a lo largo de una recta pasando por el origen.
Cuando el tramo de prueba se encuentre en la cercanía al fondo impermeable o a la
superficie del manto freático, al coeficiente C debe hacérsele una corrección mediante el
aumento de valor.
Cuando el terreno sea poco permeable, podrá usarse el segundo caso, de flujo variable,
cuyos elementos son:
D = diámetro de la tubería en metros
L = longitud de la cámara filtrante en metros.
Ho = distancia del punto medio de la cámara filtrante al manto impermeable
H1 = carga en el instante t1
H2 = carga en el instante t2
A= área efectiva de la sección transversal de la tubería de prueba m²
(t1 y t2 tiempos correspondientes a H1 y H2)
Para este caso:
C tiene el mismo significado que para el caso 1, obteniéndose los valores
correspondientes usando las gráficas de la figura 2 y 2á
Los diferentes puntos correspondientes a las medidas Hn, Tn deben alinearse sobre una
gráfica log H,T.
Para el cálculo de K por medio de la fórmula (4) es preciso conocer la posición del nivel
estático N. E. Del manto, contada generalmente a partir de la elevación de la boca del
tubo.
El caso 2 puede efectuarse arriba del nivel estático del agua, en cuyo caso las cargas
H´1 y H´2 se medirán a partir del punto medio de la cámara filtrante, la cual estará a una
profundidad Zo, contada a partir de la boca del tubo.
Para valores
y z en metros, se llevarán en una gráfica que, en principio, deben alinearse a lo largo de
una racta, que cortará el eje de las ordenadas (profundidades) en la elevación
correspondiente a la del nivel estático del manto freático.
En el caso que la prueba se haga arriba del nivel estático, la recta cortará al eje de las
ordenadas, a la elevación media de la cámara filtrante, dicha prueba siempre será
bajada.
Condiciones generales que deben que deben satisfacer para que la prueba se considere
aceptable:
La relación 1/d debe ser igual o mayor a 5.
El valor l es conveniente también limitarlo a 10 máximo, pero procurando que
los valores usuales estén comprendido entre 1.0 y 5.0 metros.
Debe considerarse como no satisfactoria la prueba hecha a través del fondo del
tubo solamente debido a la posibilidad de que el material suelto remonte la
tubería, falseando los resultados, y a que el valor de k sería en sentido vertical,
principalmente.
CAMARAS FILTRANTES
La cámara filtrante puede construirse por medio de un tramo de tubo ranurado, a partir
del fondo de la perforación, el área de ranuración debiendo ser superior al 15 % del área
filtrante.
Este caso es muy importante que se compruebe por medio de una sonda, que em la
cámara filtrante no ha remontado material fino, limo o arena, que reduzca las
dimensiones de la misma, pues entonces los datos finales serían falsos.
La cámara filtrante también podría formarse con grava gruesa no graduada rellenando el
ramo inferior de tubería de ademe, la que sería izada posteriormente una longitud
determinada. El relleno de grava deberá quedar a una cota superior a la del fondo del
ademe, y estar constituido por granos comprendidos entre 1.5 y 2.5 cm.
En este caso, si se comprueba que la tubería de ademe ha quedado floja dentro de la
perforación, y existe la posibilidad de flujo a través del espacio comprendido entre la
superficie exterior del tubo y las paredes de perforación, y si además, el terreno estás
saturado, deberá hacerse una prueba a base de bombeo. O de flujo variable ascendente.
En fin, la cámara filtrante puede quedar construida por un tramo de perforación, sin
ademe, en caso de que no exista posibilidad de derrumbes y descompresiones del
terreno que puedan falsear los valores correspondientes al terreno virgen.
Siempre que sea posible, debe preferirse la prueba a base de bombeo a flujo variable,
ascendente, con objeto de evitar la posibilidad de formar obturaciones al inyectar agua a
presión, si esta última es muy grande.
Es conveniente que los valores de z1, z2, z´1 y z´2 se obtengan por medio de una sonda
eléctrica introducida a través de un tubo de menor diámetro que el ademe, colocado ex
profeso para el caso.
PRUEBAS LEFRANC
Ejemplos:
Caso num. 1. carga constante.
Datos:
D = 7.6 cm.
H1 = 1.5 m –Zo-- z1
Q = lt/seg - 0.0005 m³ / seg.
L = 1.00 metros.
Los valores que se toman en el campo son:
Zo en m. Profundidad del manto con respecto a la boca del tubo
Z1 en m. Profundidad del agua en el pozo, para un gasto Q constante.
Q en litros por segundo constante, durante 10 minutos.
Y de estos tres datos los que hay que tomar con cuidado son z1 y Q, pues es en los que
se puede cometer errores con gran facilidad. Una forma de limitar las posibilidades de
error es efectuar la prueba con este método solo para valores de Zo reducidos, digamos
del orden de los 5.0 a los 10.0 metros como máximo.
En estas condiciones es posible medir la profundidad Z1 con una sonda eléctrica , a
través de un tubo de menor diámetro que el ademe; y el agua con gasto Q, deslizarla por
4el espacio comprendido entre los dos tubos, y mantener el gasto constante durante 10
minutos.
ENSAYOS LEFRANC
Se entuba la perforación por tratarse de terrenos pulverulentos y la cavidad se abre bajo
la zapata del revestimiento. Se conserva abierta gracias a la inyección de agua que se
realiza a través de las toberas de un trépano pequeño que se mantiene fijo a una
determinada profundidad.
La sobrecarga h de agua en la cavidad viene dada por la observación del nivel libre en el
entubado y el caudal de inyección por la bajada del nivel del tanque.
De este modo se tienen todos los elementos necesarios para calcular K, salvo el
coeficiente C de la cavidad para evaluar este es preciso hacer una hipótesis sobre la
forma de la misma. Por consiguiente, la interpretación del ensayo solo puede
suministrar un orden de magnitud bastante aproximado de las permeabilidades. En
general es suficiente, ya que el coeficiente C varía poco con la forma de la cavidad.
Cuando la dimensión de los granos de las formaciones es demasiado grande para que el
agua pueda formar una cavidad, es necesario recurrir a otro procedimiento.
Algunas veces se puede realizar con la herramienta de perforación con una cavidad de
forma dada asegurando su mantenimiento durante el tiempo que dura el ensayo la
propia cohesión del terreno. En este caso no hay que olvidarse de comprobar que no
sufre ninguna modificación durante el tiempo que se realizan las medidas.
En particular, si se toma como cavidad el espacio en forma de disco que se crea en la
base del entubado, es necesario que no ascienda por él nada de terreno. Si esto no se
cumple rigurosamente, no existe ningún medio de evaluar correctamente el coeficiente a
considerar, ya que la parte de formación que se introduce en el entubado, en general
antes de comenzar el ensayo, se ha descomprimido con relación a la que queda en su
sitio y su permeabilidad cambia.
Además, el cálculo demuestra que, cuando existe un terreno idéntico dentro y fuera del
revestimiento basta con una pequeña subida para que la carga h que hay que sustituir en
la fórmula sea una pequeña fracción de la sobrecarga aplicada. Por consiguiente, hay
que evitar este tipo de cavidad.
Cuando es posible se mantiene el hueco abierto llenándolo con grava gruesa calibrada.
Los vacíos de esta son lo suficientemente grandes para que el agua de inyección no
pierda la carga por su causa.
Finalmente, se puede proveer el entubado de un elemento perforado debidamente
calibrado.
Si los caudales inyectados son muy pequeños y no se puede conseguir una cavidad
inyectando agua, la bomba resulta inútil, entonces se puede introducir el agua con un
bidón de capacidad conocida que mantenga siempre un nivel constante en el entubado.
O más sencillo aún, después de haber llenado el revestimiento de agua, se mide la
velocidad de descenso de esta.
Como se ha visto, estos ensayos se pueden realizar de modo muy variado y conviene
tomar diferentes valores de la sobrecarga para compensar los errores.
La experiencia de estas muestras demuestra que su simplicidad es solo aparente y es
necesario que las efectúen e interpreten técnicos que sepan lo que hacen. Con las
inyecciones de agua se corre el riesgo de provocar fracturas que permiten que se
establezca fácilmente una corriente de agua alrededor del entubado o, por el contrario,
que se obturen las formaciones. Incluso aunque las aguas estén perfectamente limpias,
se puede producir esta colmatación por el desprendimiento del gas disuelto en el agua.
Por todas estas razones se prefiere generalmente efectuar los ensayos por bombeo. Pero
es necesario tomar grandes precauciones para evitar que se produzcan arrastres del
terreno que cambiarían completamente el valor del coeficiente C que se creía aplicable.
Como generalmente las cavidades son de pequeñas dimensiones, las permeabilidades
calculadas se refieren a un pequeño volumen de terreno y se pueden considerar como
puntuales. Es necesario ensayar un gran numero de puntos para poder tener un valor
medio de la permeabilidad del terreno.
SUELOS ANISÓTROPOS
Es cosa muy sabida que la permeabilidad de los terrenos formados por aluviones no es
la misma si la corriente fluye en sentido vertical u horizontal. Se trata de formaciones
anisótropas. Desgraciadamente, esta anisotropía se debe a una estructura en hojas que es
la que introduce la heterogeneidad, y la asimilación del medio real a un medio
homogéneo y anisótropo solamente se puede hacer cuando se emplean corrientes que
afectan a un gran volumen respecto a las heterogeneidades.
Esta condición esencial se olvida con frecuencia, y se ve a algunos ingenieros que
realizan ensayos Lefranc para evaluar puntualmente la anisotropía de un medio
heterogéneo. El método correcto para un medio anisótropo homogéneo consiste en
efectuar dos ensayos:
Uno a partir de la base del entubado con una cavidad en forma de disco,
Otro a partir de un elemento filtrante relativamente largo con relación a su diámetro.
Las construcciones gráficas demuestran que en el primer caso la pérdida de carga de la
corriente en las formaciones se debe casi exclusivamente a los filetes de aguas
verticales. Por consiguiente, el coeficiente de permeabilidad que se obtiene en estos
ensayos es el de permeabilidad vertical.
En el segundo caso, los filetes de agua son caso todos horizontales y el coeficiente de
permeabilidad calculado es el de permeabilidad horizontal.
Cono se ve, el principio de estos ensayos es muy seductor. Desgraciadamente e
independientemente de la condición de homogeneidad, que raramente se cumple, la
correcta realización de un ensayo de agua a partir del fondo de una perforación entubada
es casi imposible a causa de la subida del terreno en el revestimiento. Además las arenas
finas que constituyen los horizontes menos permeables con las que ascienden con mas
facilidad. Antes de efectuar un ensayo ininterpretable, el sondista evita estas
formaciones. También se puede llegar a unas permeabilidades verticales mayores que
las horizontales, lo que es contrario a la realidad.
Por otra parte, la interpretación del segundo ensayo exige la evaluación, a priori, de dos
constantes:
m- espesor de la corriente
y sobre todo R- radio de acción.
Por consiguiente, no en todos los casos es conveniente este procedimiento y su
aplicación precisa precauciones y circunspección.
ANTECEDENTES
El procedimiento a seguir, así como el equipo necesario para su ejecución en las
brigadas dependientes de la subdirección geología, se estandarizó para efectuar en el
campo las operaciones de los ensayos Lefranc, así como la forma de llevar los registros
y el cálculo.
CONSIDERACIONES GENERALES
Los estudios e investigación que se hacen para determinar la permeabilidad en el
subsuelo de una boquilla o vaso, es un complemento de información necesaria, ya que
la perforación de un pozo de muestreo no es suficiente para conocer el estado real del
terreno. Es indispensable localizar en que perforaciones de reconocimiento se
efectuarán los ensayos de permeabilidad, de las programadas para el estudio geológico
de la boquilla y del vaso, ya que de preferencia deben hacerse las pruebas en estos
sondeos.
La permeabilidad en la roca a través de grietas, fracturamientos y fisuras, se mide por
medio de las pruebas Lugeon, pero cuando la naturaleza del terreno no permite hacer
este tipo de ensayos, por ser granulares, se aprovecha su permeabilidad natural para que
en la perforación se hagan pruebas Lefranc. En este tipo de pruebas efectuadas en capas
de arena, limo, aluviones, escombros, etc., en los cuales la velocidad del flujo es lenta,
la perforación debe quedar ademada y únicamente el tramo de prueba situado en la parte
inferior de la tubería, quedará libre.
PERFORACIÓN
La perforación que es una de las condiciones más importantes para la ejecución correcta
de una prueba Lefranc, se deberá hacer preferentemente con una perforadora rotatoria
con broca de tungsteno, sin extraer corazones; o como último recurso, con máquina de
percusión, siempre y cuando se pueda ir ademando la perforación. La broca deberá ser
de preferencia, de tipo NX, o sea 7.6 cm. (3") de f ; en caso de usar otro diámetro, se
deberá reportar para tomarlo en cuenta en la cuantificación del coeficiente de
permeabilidad. Es indispensable que el procedimiento de perforación no modifique las
condiciones naturales del terreno, por lo que se deberá evitar el uso del barro, bentonita
o cementación en la protección de caídos, ya que con esto se taponarían los pequeños
vacíos del material por probar. La perforación con agua es indispensable, aunque esta
condición no es suficiente porque con cualquier perforadora de más o menos intensidad,
los sedimentos de los cortes taponarían las paredes del pozo; sin embargo esto no se
puede evitar.
Es conveniente evitar hacer las pruebas de permeabilidad sobre longitudes de
perforación demasiado grandes, si se desea tener una permeabilidad real del terreno. una
longitud máxima de 50 m para un tramo es conveniente, utilizando como límites la
cámara filtrante del fondo de la perforación y la parte inferior del ademe. En la mayoría
de los casos, la herramienta de perforación deja una cavidad uniforme debido a la
cohesión del terreno, pero en algunas ocasiones se debe recurrir para mantener esta
condición, al relleno de gravas gruesas, que dejan vacíos suficientemente grandes para
que el agua de la prueba no pierda pérdida de carga considerable, o se puede recurrir al
acondicionamiento de un tubo del mismo ademe, con perforaciones o ranuras, para que
a través de ellas circule el agua, teniendo como única condición en este caso, que la
superficie ranurada no sea menor del 15% de la superficie total del tubo, cuya longitud
es la del tramo de prueba. Debido a la gran cantidad de condiciones que se presentan al
realizar este tipo de ensayos, únicamente nos estamos refiriendo al caso en que se
cuenta con una cámara filtrante definida. Para otros casos, se recurrirá a procedimientos
especiales para formar la cavidad.
PROCEDIMIENTO
De acuerdo con la naturaleza del terreno, se pueden programar dos tipos de pruebas
Lefranc: a) de flujo constante y b) de flujo variable. Las primeras se dividen en ensayos
de inyección, de bombeo, de gasto constante y las segundas en ensayos de ascenso y
descenso de la superficie del agua dentro del ademe de la perforación. Las pruebas de
flujo constante consisten en determinar la permeabilidad de un tramo de la perforación,
inyectando o bombeando del pozo un caudal constante de agua, determinando la
profundidad a la que se estabiliza el nivel del agua con ese caudal, haciendo
observaciones al hacer variar éste.
INYECCIÓN DE GASTO CONSTANTE
Los anexos 1 y 2 contienen el esquema de las instalaciones necesarias para ejecutar este
tipo de prueba cuando se trata de inyectar pequeños volúmenes, o para grandes
consumos. En general, consiste en un tanque, en el que la carga sea constante para el
primer caso, o en una bomba con tanque de control de bombeo para el segundo. Además
se requiere instalar una válvula de paso, una válvula de compuerta o globo para el
control y un medidor de volúmenes, independientemente del cronómetro, la sonda
eléctrica y los recipientes con medidas conocidas para hacer las comprobaciones del
volumen que se esta inyectando.
En todos los casos de ensayos Lefranc, las pruebas se van efectuando a medida que
avanza la perforación, es decir, una vez que la perforadora ha llegado a la profundidad
de la parte inferior del tramo por probar, se levantará la barrena hasta el nivel superior,
volviéndolo a bajar para comprobar si no se presentaron modificaciones por caídos en la
cámara filtrante. Si esto sucede, se bajará el ademe hasta el fondo, vertiendo una
cantidad de grava suficiente para cubrir la longitud del tramo. Inmediatamente se
levantará el ademe hasta su posición original.
La prueba se inicia vertiendo agua dentro de la perforación, calibrando con la válvula de
control hasta que el nivel se estabilice, con una carga de 10 m aproximadamente a partir
del centro de la cámara filtrante. En ese instante se principiará a contar el tiempo de
prueba, que por lo general es de 10 min. tiempo en que continuamente se estará
comprobando con la sonda eléctrica que no varíe el nivel estable. Terminado el tiempo
de prueba, se tomará en el medidor el volumen inyectado.
Para las siguientes observaciones se irá disminuyendo el caudal, con lo que los niveles
estables irán bajando y en cada operación se tomará el tiempo y el volumen inyectado.
En el anexo 3 se proporciona un registro de campo para la ejecución de este tipo de
pruebas, en el que se ve, que para cinco observaciones, es necesario tomar el volumen
agregado en litros, el tiempo de observación en segundos y las profundidades del nivel
estable (h) en m con estos datos se calculará el gasto Q en lts/seg y la carga H. Es
importante anotar las profundidades del tramo en estudio, el diámetro de la perforación
(D), la distancia entre el terreno natural y la boca del ademe (p) y la longitud de la
cámara filtrante.
En el mismo anexo, se hace una gráfica de ensayos para comprobar que la prueba hecha
fue correcta y en condiciones satisfactorias. A la escala más conveniente, sobre el eje
horizontal se marcan los puntos correspondientes a los gastos en lts/seg y en el eje
vertical, las cargas H en m, con lo que se obtendrán tantos puntos como observaciones
se hayan realizado. Si el ensayo fue correcto, quedarán alineados perfectamente a lo
largo de una recta que pase por el origen de los ejes.
BOMBEO GASTO CONSTANTE
En este tipo de pruebas, la perforación y el acondicionamiento de la cámara filtrante es
semejante a la prueba anterior. En el anexo 4 se esquematizan las instalaciones para la
ejecución de la prueba, que consisten en una bomba para extraer el agua dentro de la
perforación y un aditamento con válvula de descarga, válvula de paso y medidor de
volúmenes de agua. Además se utilizan también: un cronómetro y una sonda eléctrica.
La prueba se inicia bombeando agua a la perforación, calibrando la velocidad de la
bomba hasta que el nivel se estabilice dentro del ademe del pozo, procurando que no sea
a más de 10 m de la superficie del manto. Con estas condiciones se principia a contar el
tiempo de la prueba (10 minutos), comprobando periódicamente con la sonda eléctrica
que el nivel estable no varíe. Terminado el tiempo de observación, se tomará la lectura
en el medidor, del volumen bombeado.
Para las siguientes observaciones se irá disminuyendo la aceleración de la bomba, con
lo que los niveles estables se irán subiendo y en cada operación se tomará el tiempo y el
volumen bombeado. El anexo 5 es un ejemplo de registro de campo para la ejecución de
estas pruebas por bombeo de gasto constante y en el se hicieron cinco observaciones,
tomando el volumen bombeado en litros. El tiempo de observación en segundos y la
profundidad del nivel estable (h) n m, además las profundidades del tramo probado, el
diámetro de la tubería (D), la profundidad del manto freático, la longitud de la cámara
filtrante (L) y la distancia entre el terreno natural y la boca del ademe. Con el volumen y
el tiempo de observación se calculará el gasto Q en lt/seg y con la profundidad (h) y la
distancia de la boca del ademe a la profundidad del manto freático (Zo) se calculará la
carga H. En la misma hoja de registro de campo, se grafica la prueba de manera
semejante a la explicad para la prueba de inyección de gasto constante; es decir,
utilizando el gasto Q y la carga H para obtener los puntos de observación.
En los dos casos de pruebas de flujo constante, se necesario que se tome en
consideración, para la mejor evaluación del coeficiente de permeabilidad de un tramo
determinado, si el ensayo se hace enseguida del nivel del manto freático, o muy cerca
del manto impermeable, que hay que reportar la distancia del centro de la cámara
filtrante a el nivel del manto freático (ho) para el primer caso, o la distancia de la cámara
al manto impermeable (h’o) para el segundo. No es posible a veces obtener estos datos
durante la ejecución de la prueba, sino que se localizan a medida que avanza la
perforación. Sin embargo, se deben reportar cuando se tenga la certeza de su existencia.
En los anexos 8, 9 y 10, se grafican los diferentes casos de prueba de flujo constante que
se puedan presentar con relación al manto freático y al manto impermeable, en gasto
constante por inyección y por bombeo. Además, se indica la forma de graficar la
prueba, las fórmulas que intervienen para su cuantificación y una forma de registro de
campo.