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Pruebas de permeabilidad de campo lugeont y lefrancaaa
 

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    Pruebas de permeabilidad de campo lugeont y lefrancaaa Pruebas de permeabilidad de campo lugeont y lefrancaaa Document Transcript

    • PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE CAMPOINTRODUCCIÓNAntes de la construcción de una estructura de tierra, es importante verificar que laspropiedades del suelo de la cimentación, sean las indicadas para garantizar la estabilidady funcionamiento adecuado de la obra. En algunos casos, dichas propiedades puedenobtenerse en el laboratorio a partir de muestras inalteradas; sin embargo, es frecuenteque, al no poder obtener muestras inalteradas o suficientemente representativas, se tengaque recurrir a pruebas de campo para el mismo fin. Las pruebas de campo tienen queadaptarse a las particularidades de cada obra y, en general, no es posible ni deseableestablecer un procedimiento estándar para su ejecución.PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE CAMPOLas pruebas de permeabilidad de laboratorio son útiles cuando la estructura que seforma está formada por un material que puede considerarse homogéneo, isótropo, oanisótropo, como en el caso del corazón impermeable de una cortina, construido con latierra de un banco de préstamo homogéneo. En cambio, en las formaciones naturales,generalmente compuestas por mantos distintos, con variaciones importantes tanto en ladisposición de los mismos como en las características de los materiales, es difícilestudiar el escurrimiento a partir de un número limitado de ensayes sobre muestrasinalteradas. En mantos de arena y grava es casi imposible obtener especimenesinalterados. En estos casos es necesario recurrir a las pruebas de campo.El tipo de prueba de permeabilidad útil en cada caso particular depende de numerososfactores, tales como tipo de material, localización del nivel freático y homogeneidad oheterogeneidad de los distintos estratos del suelo, en cuanto a permeabilidad se refiere.En la tabla siguiente, tomando en cuenta ciertas características del problema bajoestudio, se expone la aplicabilidad de los diversos tipos de pruebas de permeabilidad alos suelos aluviales típicos de las boquillas de presas.Cada tipo de prueba se analiza con métodos de cálculo más o menos elaborados; sinembargo, los resultados obtenidos de los diferentes métodos de interpretación, propios acada prueba, son semejantes; debe prestarse especial atención a la forma en que se llevaa cabo el ensaye, ya que, dependiendo de los procedimientos utilizados, los resultadospueden variar de forma significativa.Además de las pruebas de permeabilidad mencionadas en la tabla anterior, se presenta laprueba de permeabilidad Lugeon, generalmente usada para masas rocosas.INSTRUCCIONES GENERALES PARA LA EJECUCIÓN DE PRUEBAS DEPERMEABILIDAD TIPO LEFRANCINTRODUCCIÓNDebido al gran desarrollo que últimamente ha tenido en nuestro país la construcción decortinas cimentadas sobre terrenos de aluvión, es de gran importancia investigar lapermeabilidad de dichos terrenos, sobre todo teniendo en cuenta que no son
    • formaciones homogéneas, sin, que, por el contrario, frecuentemente presentan unaheterogeneidad bien marcada, sobre todo en sentido vertical.En estas condiciones puede ser conveniente investigar la permeabilidad horizontal endiferentes horizontes, como dato adicional al de obtener el coeficiente de permeabilidadmedio, por los métodos convencionales de bombeo a través de un pozo central.CONSIDERACIONES TEÓRICASLa prueba se ejecutará en una perforación expresamente hecha para el efecto, en que suextremo interior estará dotada de una cámara filtrante.La prueba podrá hacerse a flujo constante, sea por bombeo o por inyección de un gastoconstante; o en flujo variable por ascenso o descenso de la superficie del agua dentro dela perforación. En ambos casos es recomendable que la carga de prueba se limite avalores 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 algasto 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 defiltrante, que para efectos de esta prueba se considerará como un elipsoide de revolucióncon el eje corto igual con D y una distancia focal F.K en m/segC en 1/m = m-¹Q en m3 / segH en metrosCon objeto de comprobar que las dimensiones son normales se harán ensayos congastos mayores y menores que el de prueba y los valores Q, H se llevarán a una gráficaa escala natural, en donde, si el ensayo es correcto, y el flujo laminar, deberán quedaralineados 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 lasuperficie del manto freático, al coeficiente C debe hacérsele una corrección mediante elaumento 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 metrosL = longitud de la cámara filtrante en metros.
    • Ho = distancia del punto medio de la cámara filtrante al manto impermeableH1 = carga en el instante t1H2 = carga en el instante t2A= 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 valorescorrespondientes usando las gráficas de la figura 2 y 2áLos diferentes puntos correspondientes a las medidas Hn, Tn deben alinearse sobre unagráfica log H,T.Para el cálculo de K por medio de la fórmula (4) es preciso conocer la posición del nivelestático N. E. Del manto, contada generalmente a partir de la elevación de la boca deltubo.El caso 2 puede efectuarse arriba del nivel estático del agua, en cuyo caso las cargasH´1 y H´2 se medirán a partir del punto medio de la cámara filtrante, la cual estará a unaprofundidad Zo, contada a partir de la boca del tubo.Para valoresy z en metros, se llevarán en una gráfica que, en principio, deben alinearse a lo largo deuna racta, que cortará el eje de las ordenadas (profundidades) en la elevacióncorrespondiente 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 lasordenadas, a la elevación media de la cámara filtrante, dicha prueba siempre serábajada.Condiciones generales que deben que deben satisfacer para que la prueba se considereaceptable:La relación 1/d debe ser igual o mayor a 5.El valor l es conveniente también limitarlo a 10 máximo, pero procurando que losvalores usuales estén comprendido entre 1.0 y 5.0 metros.Debe considerarse como no satisfactoria la prueba hecha a través del fondo del tubosolamente debido a la posibilidad de que el material suelto remonte la tubería, falseandolos 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 partirdel fondo de la perforación, el área de ranuración debiendo ser superior al 15 % del áreafiltrante.Este caso es muy importante que se compruebe por medio de una sonda, que em lacámara filtrante no ha remontado material fino, limo o arena, que reduzca lasdimensiones de la misma, pues entonces los datos finales serían falsos.La cámara filtrante también podría formarse con grava gruesa no graduada rellenando elramo inferior de tubería de ademe, la que sería izada posteriormente una longituddeterminada. El relleno de grava deberá quedar a una cota superior a la del fondo delademe, 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 laperforación, y existe la posibilidad de flujo a través del espacio comprendido entre lasuperficie exterior del tubo y las paredes de perforación, y si además, el terreno estássaturado, 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, sinademe, en caso de que no exista posibilidad de derrumbes y descompresiones delterreno 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 apresión, 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 sondaeléctrica introducida a través de un tubo de menor diámetro que el ademe, colocado exprofeso para el caso.PRUEBAS LEFRANCEjemplos:Caso num. 1. carga constante.Datos:D = 7.6 cm.H1 = 1.5 m -Zo-- z1Q = 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 quese puede cometer errores con gran facilidad. Una forma de limitar las posibilidades deerror es efectuar la prueba con este método solo para valores de Zo reducidos, digamosdel 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 , através de un tubo de menor diámetro que el ademe; y el agua con gasto Q, deslizarla por4el espacio comprendido entre los dos tubos, y mantener el gasto constante durante 10minutos.ENSAYOS LEFRANCSe entuba la perforación por tratarse de terrenos pulverulentos y la cavidad se abre bajola zapata del revestimiento. Se conserva abierta gracias a la inyección de agua que serealiza a través de las toberas de un trépano pequeño que se mantiene fijo a unadeterminada profundidad.La sobrecarga h de agua en la cavidad viene dada por la observación del nivel libre en elentubado 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 elcoeficiente C de la cavidad para evaluar este es preciso hacer una hipótesis sobre laforma de la misma. Por consiguiente, la interpretación del ensayo solo puedesuministrar un orden de magnitud bastante aproximado de las permeabilidades. Engeneral 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 elagua pueda formar una cavidad, es necesario recurrir a otro procedimiento.Algunas veces se puede realizar con la herramienta de perforación con una cavidad deforma dada asegurando su mantenimiento durante el tiempo que dura el ensayo lapropia cohesión del terreno. En este caso no hay que olvidarse de comprobar que nosufre 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 labase del entubado, es necesario que no ascienda por él nada de terreno. Si esto no secumple rigurosamente, no existe ningún medio de evaluar correctamente el coeficiente aconsiderar, ya que la parte de formación que se introduce en el entubado, en generalantes de comenzar el ensayo, se ha descomprimido con relación a la que queda en susitio y su permeabilidad cambia.Además, el cálculo demuestra que, cuando existe un terreno idéntico dentro y fuera delrevestimiento basta con una pequeña subida para que la carga h que hay que sustituir enla fórmula sea una pequeña fracción de la sobrecarga aplicada. Por consiguiente, hayque 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 nopierda la carga por su causa.Finalmente, se puede proveer el entubado de un elemento perforado debidamentecalibrado.Si los caudales inyectados son muy pequeños y no se puede conseguir una cavidadinyectando agua, la bomba resulta inútil, entonces se puede introducir el agua con unbidón 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 lavelocidad de descenso de esta.Como se ha visto, estos ensayos se pueden realizar de modo muy variado y convienetomar diferentes valores de la sobrecarga para compensar los errores.La experiencia de estas muestras demuestra que su simplicidad es solo aparente y esnecesario que las efectúen e interpreten técnicos que sepan lo que hacen. Con lasinyecciones de agua se corre el riesgo de provocar fracturas que permiten que seestablezca 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. Peroes necesario tomar grandes precauciones para evitar que se produzcan arrastres delterreno que cambiarían completamente el valor del coeficiente C que se creía aplicable.Como generalmente las cavidades son de pequeñas dimensiones, las permeabilidadescalculadas se refieren a un pequeño volumen de terreno y se pueden considerar comopuntuales. Es necesario ensayar un gran numero de puntos para poder tener un valormedio de la permeabilidad del terreno.INTRODUCCIÓNDebido al gran desarrollo que últimamente ha tenido en nuestro país la construcción decortinas cimentadas sobre terrenos de aluvión, es de gran importancia investigar lapermeabilidad de dichos terrenos, sobre todo teniendo en cuenta que no sonformaciones homogéneas, sin, que, por el contrario, frecuentemente presentan unaheterogeneidad bien marcada, sobre todo en sentido vertical.
    • En estas condiciones puede ser conveniente investigar la permeabilidad horizontal endiferentes horizontes, como dato adicional al de obtener el coeficiente de permeabilidadmedio, por los métodos convencionales de bombeo a través de un pozo central.CONSIDERACIONES TEÓRICASLa prueba se ejecutará en una perforación expresamente hecha para el efecto, en que suextremo interior estará dotada de una cámara filtrante.La prueba podrá hacerse a flujo constante, sea por bombeo o por inyección de un gastoconstante; o en flujo variable por ascenso o descenso de la superficie del agua dentro dela perforación. En ambos casos es recomendable que la carga de prueba se limite avalores 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 algasto 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 defiltrante, que para efectos de esta prueba se considerará como un elipsoide de revolucióncon 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 metrosCon objeto de comprobar que las dimensiones son normales se harán ensayos congastos mayores y menores que el de prueba y los valores Q, H se llevarán a una gráficaa escala natural, en donde, si el ensayo es correcto, y el flujo laminar, deberán quedaralineados 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 lasuperficie del manto freático, al coeficiente C debe hacérsele una corrección mediante elaumento 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 metrosL = longitud de la cámara filtrante en metros.Ho = distancia del punto medio de la cámara filtrante al manto impermeableH1 = carga en el instante t1H2 = carga en el instante t2A= 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 valorescorrespondientes usando las gráficas de la figura 2 y 2áLos diferentes puntos correspondientes a las medidas Hn, Tn deben alinearse sobre unagráfica log H,T.Para el cálculo de K por medio de la fórmula (4) es preciso conocer la posición del nivelestático N. E. Del manto, contada generalmente a partir de la elevación de la boca deltubo.El caso 2 puede efectuarse arriba del nivel estático del agua, en cuyo caso las cargasH´1 y H´2 se medirán a partir del punto medio de la cámara filtrante, la cual estará a unaprofundidad Zo, contada a partir de la boca del tubo.Para valoresy z en metros, se llevarán en una gráfica que, en principio, deben alinearse a lo largo deuna racta, que cortará el eje de las ordenadas (profundidades) en la elevacióncorrespondiente 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 lasordenadas, a la elevación media de la cámara filtrante, dicha prueba siempre serábajada.Condiciones generales que deben que deben satisfacer para que la prueba se considereaceptable: 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 FILTRANTESLa cámara filtrante puede construirse por medio de un tramo de tubo ranurado, a partirdel fondo de la perforación, el área de ranuración debiendo ser superior al 15 % del áreafiltrante.Este caso es muy importante que se compruebe por medio de una sonda, que em lacámara filtrante no ha remontado material fino, limo o arena, que reduzca lasdimensiones de la misma, pues entonces los datos finales serían falsos.La cámara filtrante también podría formarse con grava gruesa no graduada rellenando elramo inferior de tubería de ademe, la que sería izada posteriormente una longituddeterminada. El relleno de grava deberá quedar a una cota superior a la del fondo delademe, 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 laperforación, y existe la posibilidad de flujo a través del espacio comprendido entre lasuperficie exterior del tubo y las paredes de perforación, y si además, el terreno estássaturado, 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, sinademe, en caso de que no exista posibilidad de derrumbes y descompresiones delterreno 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 apresión, 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 sondaeléctrica introducida a través de un tubo de menor diámetro que el ademe, colocado exprofeso para el caso.PRUEBAS LEFRANCEjemplos:Caso num. 1. carga constante.Datos:D = 7.6 cm.H1 = 1.5 m –Zo-- z1Q = 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 tuboZ1 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 quese puede cometer errores con gran facilidad. Una forma de limitar las posibilidades deerror es efectuar la prueba con este método solo para valores de Zo reducidos, digamosdel 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 , através de un tubo de menor diámetro que el ademe; y el agua con gasto Q, deslizarla por4el espacio comprendido entre los dos tubos, y mantener el gasto constante durante 10minutos.ENSAYOS LEFRANCSe entuba la perforación por tratarse de terrenos pulverulentos y la cavidad se abre bajola zapata del revestimiento. Se conserva abierta gracias a la inyección de agua que serealiza a través de las toberas de un trépano pequeño que se mantiene fijo a unadeterminada profundidad.La sobrecarga h de agua en la cavidad viene dada por la observación del nivel libre en elentubado 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 elcoeficiente C de la cavidad para evaluar este es preciso hacer una hipótesis sobre laforma de la misma. Por consiguiente, la interpretación del ensayo solo puedesuministrar un orden de magnitud bastante aproximado de las permeabilidades. Engeneral 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 elagua pueda formar una cavidad, es necesario recurrir a otro procedimiento.Algunas veces se puede realizar con la herramienta de perforación con una cavidad deforma dada asegurando su mantenimiento durante el tiempo que dura el ensayo lapropia cohesión del terreno. En este caso no hay que olvidarse de comprobar que nosufre 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 labase del entubado, es necesario que no ascienda por él nada de terreno. Si esto no secumple rigurosamente, no existe ningún medio de evaluar correctamente el coeficiente aconsiderar, ya que la parte de formación que se introduce en el entubado, en generalantes de comenzar el ensayo, se ha descomprimido con relación a la que queda en susitio y su permeabilidad cambia.Además, el cálculo demuestra que, cuando existe un terreno idéntico dentro y fuera delrevestimiento basta con una pequeña subida para que la carga h que hay que sustituir enla fórmula sea una pequeña fracción de la sobrecarga aplicada. Por consiguiente, hayque 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 nopierda la carga por su causa.Finalmente, se puede proveer el entubado de un elemento perforado debidamentecalibrado.Si los caudales inyectados son muy pequeños y no se puede conseguir una cavidadinyectando agua, la bomba resulta inútil, entonces se puede introducir el agua con unbidón 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 lavelocidad de descenso de esta.Como se ha visto, estos ensayos se pueden realizar de modo muy variado y convienetomar diferentes valores de la sobrecarga para compensar los errores.La experiencia de estas muestras demuestra que su simplicidad es solo aparente y esnecesario que las efectúen e interpreten técnicos que sepan lo que hacen. Con lasinyecciones de agua se corre el riesgo de provocar fracturas que permiten que seestablezca 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. Peroes necesario tomar grandes precauciones para evitar que se produzcan arrastres delterreno que cambiarían completamente el valor del coeficiente C que se creía aplicable.
    • Como generalmente las cavidades son de pequeñas dimensiones, las permeabilidadescalculadas se refieren a un pequeño volumen de terreno y se pueden considerar comopuntuales. Es necesario ensayar un gran numero de puntos para poder tener un valormedio de la permeabilidad del terreno.SUELOS ANISÓTROPOSEs cosa muy sabida que la permeabilidad de los terrenos formados por aluviones no esla misma si la corriente fluye en sentido vertical u horizontal. Se trata de formacionesanisótropas. Desgraciadamente, esta anisotropía se debe a una estructura en hojas que esla que introduce la heterogeneidad, y la asimilación del medio real a un mediohomogéneo y anisótropo solamente se puede hacer cuando se emplean corrientes queafectan a un gran volumen respecto a las heterogeneidades.Esta condición esencial se olvida con frecuencia, y se ve a algunos ingenieros querealizan ensayos Lefranc para evaluar puntualmente la anisotropía de un medioheterogéneo. El método correcto para un medio anisótropo homogéneo consiste enefectuar 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 lacorriente en las formaciones se debe casi exclusivamente a los filetes de aguasverticales. Por consiguiente, el coeficiente de permeabilidad que se obtiene en estosensayos es el de permeabilidad vertical.
    • En el segundo caso, los filetes de agua son caso todos horizontales y el coeficiente depermeabilidad calculado es el de permeabilidad horizontal.Cono se ve, el principio de estos ensayos es muy seductor. Desgraciadamente eindependientemente de la condición de homogeneidad, que raramente se cumple, lacorrecta realización de un ensayo de agua a partir del fondo de una perforación entubadaes casi imposible a causa de la subida del terreno en el revestimiento. Además las arenasfinas que constituyen los horizontes menos permeables con las que ascienden con masfacilidad. Antes de efectuar un ensayo ininterpretable, el sondista evita estasformaciones. También se puede llegar a unas permeabilidades verticales mayores quelas horizontales, lo que es contrario a la realidad.Por otra parte, la interpretación del segundo ensayo exige la evaluación, a priori, de dosconstantes:m- espesor de la corrientey sobre todo R- radio de acción.Por consiguiente, no en todos los casos es conveniente este procedimiento y suaplicación precisa precauciones y circunspección.ANTECEDENTESEl procedimiento a seguir, así como el equipo necesario para su ejecución en lasbrigadas dependientes de la subdirección geología, se estandarizó para efectuar en elcampo las operaciones de los ensayos Lefranc, así como la forma de llevar los registrosy el cálculo.CONSIDERACIONES GENERALESLos estudios e investigación que se hacen para determinar la permeabilidad en elsubsuelo de una boquilla o vaso, es un complemento de información necesaria, ya quela perforación de un pozo de muestreo no es suficiente para conocer el estado real delterreno. Es indispensable localizar en que perforaciones de reconocimiento seefectuarán los ensayos de permeabilidad, de las programadas para el estudio geológicode la boquilla y del vaso, ya que de preferencia deben hacerse las pruebas en estossondeos.
    • La permeabilidad en la roca a través de grietas, fracturamientos y fisuras, se mide pormedio de las pruebas Lugeon, pero cuando la naturaleza del terreno no permite hacereste tipo de ensayos, por ser granulares, se aprovecha su permeabilidad natural para queen la perforación se hagan pruebas Lefranc. En este tipo de pruebas efectuadas en capasde 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 parteinferior de la tubería, quedará libre.PERFORACIÓNLa perforación que es una de las condiciones más importantes para la ejecución correctade una prueba Lefranc, se deberá hacer preferentemente con una perforadora rotatoriacon broca de tungsteno, sin extraer corazones; o como último recurso, con máquina depercusión, siempre y cuando se pueda ir ademando la perforación. La broca deberá serde preferencia, de tipo NX, o sea 7.6 cm. (3") de f ; en caso de usar otro diámetro, sedeberá reportar para tomarlo en cuenta en la cuantificación del coeficiente depermeabilidad. Es indispensable que el procedimiento de perforación no modifique lascondiciones naturales del terreno, por lo que se deberá evitar el uso del barro, bentonitao cementación en la protección de caídos, ya que con esto se taponarían los pequeñosvacíos del material por probar. La perforación con agua es indispensable, aunque estacondición 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 sepuede evitar.Es conveniente evitar hacer las pruebas de permeabilidad sobre longitudes deperforación demasiado grandes, si se desea tener una permeabilidad real del terreno. unalongitud máxima de 50 m para un tramo es conveniente, utilizando como límites lacámara filtrante del fondo de la perforación y la parte inferior del ademe. En la mayoríade los casos, la herramienta de perforación deja una cavidad uniforme debido a lacohesión del terreno, pero en algunas ocasiones se debe recurrir para mantener estacondición, al relleno de gravas gruesas, que dejan vacíos suficientemente grandes paraque el agua de la prueba no pierda pérdida de carga considerable, o se puede recurrir alacondicionamiento de un tubo del mismo ademe, con perforaciones o ranuras, para quea través de ellas circule el agua, teniendo como única condición en este caso, que lasuperficie ranurada no sea menor del 15% de la superficie total del tubo, cuya longitudes la del tramo de prueba. Debido a la gran cantidad de condiciones que se presentan alrealizar este tipo de ensayos, únicamente nos estamos refiriendo al caso en que secuenta con una cámara filtrante definida. Para otros casos, se recurrirá a procedimientosespeciales para formar la cavidad.PROCEDIMIENTO
    • De acuerdo con la naturaleza del terreno, se pueden programar dos tipos de pruebasLefranc: a) de flujo constante y b) de flujo variable. Las primeras se dividen en ensayosde inyección, de bombeo, de gasto constante y las segundas en ensayos de ascenso ydescenso de la superficie del agua dentro del ademe de la perforación. Las pruebas deflujo constante consisten en determinar la permeabilidad de un tramo de la perforación,inyectando o bombeando del pozo un caudal constante de agua, determinando laprofundidad a la que se estabiliza el nivel del agua con ese caudal, haciendoobservaciones al hacer variar éste.INYECCIÓN DE GASTO CONSTANTELos anexos 1 y 2 contienen el esquema de las instalaciones necesarias para ejecutar estetipo de prueba cuando se trata de inyectar pequeños volúmenes, o para grandesconsumos. En general, consiste en un tanque, en el que la carga sea constante para elprimer caso, o en una bomba con tanque de control de bombeo para el segundo. Ademásse requiere instalar una válvula de paso, una válvula de compuerta o globo para elcontrol y un medidor de volúmenes, independientemente del cronómetro, la sondaeléctrica y los recipientes con medidas conocidas para hacer las comprobaciones delvolumen que se esta inyectando.En todos los casos de ensayos Lefranc, las pruebas se van efectuando a medida queavanza la perforación, es decir, una vez que la perforadora ha llegado a la profundidadde 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 lacámara filtrante. Si esto sucede, se bajará el ademe hasta el fondo, vertiendo unacantidad de grava suficiente para cubrir la longitud del tramo. Inmediatamente selevantará el ademe hasta su posición original.La prueba se inicia vertiendo agua dentro de la perforación, calibrando con la válvula decontrol hasta que el nivel se estabilice, con una carga de 10 m aproximadamente a partirdel centro de la cámara filtrante. En ese instante se principiará a contar el tiempo deprueba, que por lo general es de 10 min. tiempo en que continuamente se estarácomprobando con la sonda eléctrica que no varíe el nivel estable. Terminado el tiempode prueba, se tomará en el medidor el volumen inyectado.
    • Para las siguientes observaciones se irá disminuyendo el caudal, con lo que los nivelesestables 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 depruebas, en el que se ve, que para cinco observaciones, es necesario tomar el volumenagregado en litros, el tiempo de observación en segundos y las profundidades del nivelestable (h) en m con estos datos se calculará el gasto Q en lts/seg y la carga H. Esimportante 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 lacámara filtrante.En el mismo anexo, se hace una gráfica de ensayos para comprobar que la prueba hechafue correcta y en condiciones satisfactorias. A la escala más conveniente, sobre el ejehorizontal se marcan los puntos correspondientes a los gastos en lts/seg y en el ejevertical, las cargas H en m, con lo que se obtendrán tantos puntos como observacionesse hayan realizado. Si el ensayo fue correcto, quedarán alineados perfectamente a lolargo de una recta que pase por el origen de los ejes.BOMBEO GASTO CONSTANTEEn este tipo de pruebas, la perforación y el acondicionamiento de la cámara filtrante essemejante a la prueba anterior. En el anexo 4 se esquematizan las instalaciones para laejecución de la prueba, que consisten en una bomba para extraer el agua dentro de laperforación y un aditamento con válvula de descarga, válvula de paso y medidor devolúmenes 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 labomba hasta que el nivel se estabilice dentro del ademe del pozo, procurando que no seaa más de 10 m de la superficie del manto. Con estas condiciones se principia a contar eltiempo de la prueba (10 minutos), comprobando periódicamente con la sonda eléctricaque el nivel estable no varíe. Terminado el tiempo de observación, se tomará la lecturaen el medidor, del volumen bombeado.Para las siguientes observaciones se irá disminuyendo la aceleración de la bomba, conlo que los niveles estables se irán subiendo y en cada operación se tomará el tiempo y elvolumen 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 laprofundidad del nivel estable (h) n m, además las profundidades del tramo probado, eldiámetro de la tubería (D), la profundidad del manto freático, la longitud de la cámarafiltrante (L) y la distancia entre el terreno natural y la boca del ademe. Con el volumen yel tiempo de observación se calculará el gasto Q en lt/seg y con la profundidad (h) y ladistancia de la boca del ademe a la profundidad del manto freático (Zo) se calculará lacarga H. En la misma hoja de registro de campo, se grafica la prueba de manerasemejante 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 enconsideración, para la mejor evaluación del coeficiente de permeabilidad de un tramodeterminado, si el ensayo se hace enseguida del nivel del manto freático, o muy cercadel manto impermeable, que hay que reportar la distancia del centro de la cámarafiltrante a el nivel del manto freático (ho) para el primer caso, o la distancia de la cámaraal manto impermeable (h’o) para el segundo. No es posible a veces obtener estos datosdurante la ejecución de la prueba, sino que se localizan a medida que avanza laperforación. 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 quese puedan presentar con relación al manto freático y al manto impermeable, en gastoconstante por inyección y por bombeo. Además, se indica la forma de graficar laprueba, las fórmulas que intervienen para su cuantificación y una forma de registro decampo.