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LUGEON
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PRUEBA LEUGEON
ENSAYOS LEUGEÓN
Los ensayos Leugeón son análogos a los Lefranc. Lo mismo que estos, se
ejecutan según avanza la perforación, se hace en rocas de baja permeabilidad
en pequeño volumen; pero más o menos fisuradas, es necesario ejercer
presiones relativamente grandes para inyectar el agua en las fisuras. Así pues
se calcula la permeabilidad en grande. Supongamos una perforación invadida
hasta una cierta profundidad. A partir de ella se perforan unos 5 metros. A
continuación se fija un obturador en la parte superior de este tramo virgen y se
inyecta agua a presión con una bomba. Un manómetro colocado en la boca del
pozo, un contador de agua y una válvula de descarga, permiten medir los
caudales inyectados a una presión dada. En general, se mide durante cinco o
diez minutos el caudal inyectando a una presión constante. Después se trabaja
con una presión mayor. La gama de presiones a emplear depende del estado
de fisuración , pero al menos se emplean tres o cuatro valores que se volverán
a utilizar cuando se haya alcanzado la presión máxima. Esta raramente es
mayor a 10 kg/cm², ya que existe un límite a causa de la presencia del
obturador y de la potencia de las bombas. Por otra parte , se corre el riesgo de
producir una facturación artificial y trastornos del terreno que falsearían los
resultados.La comparación de los resultados obtenidos con presiones
crecientes y decrecientes es muy instructiva en lo que concierne al
comportamiento del terreno. A menudo se comprueba que, cuando las
presiones disminuyen, los caudales son más elevados que cuando aumentan a
consecuencia del lavado de las fisuras. Leugeón preconiza expresar los
resultados evaluando la absorción con una presión de 410 kg/cm² en litros por
minuto y por metro, con una duración del ensayo de 10 minutos. En su honor
se suele denominar Lugeón a esta unidad.
Si se expresa en unidades más consistentes, es decir, calculando el coeficiente
de permeabilidad equivalente, se comprueba que un Lugeón vale de 1 a 2x10-7
m/s..
Esta equivalencia solo tiene valor para un determinado grado de fisuración que
justifique un cálculo de este tipo, si los caudales inyectados son pequeños. En
efecto, Lugeón considera únicamente las presiones indicadas por el
manómetro que se coloca en la superficie. Como las perforaciones y la tubería
de conducción del agua son de pequeño diámetro, si los caudales inyectados
son grandes y el tramo ensayado es un poco profundo, las pérdidas de carga
en la tubería son del mismo orden de magnitud que las presiones medidas en
el manómetro.
Para poder evaluar correctamente el coeficiente de permeabilidad de las
formaciones que hay que determinar la presión de inyección que existe en el
centro de la cavidad. Por consiguiente, hay que tener en cuenta la profundidad
del nivel estático del manto acuífero y calcular la pérdida ed carga debida a la
línea de conducción.
Si no se toma esta precaución, las gráficas del ensayo, expresadas en
lugeones brutos, representan casi exclusivamente la ley de variación de las
pérdidas de carga en la tubería de conducción. No pueden suministrar ninguna
indicación sobre el estado de fisuración de las rocas.
La prueba consiste en inyectar agua a presión en tramos de perforación, lo cual
tiene por objeto tener una idea aproximada de la permeabilidad en grande, o
sea debida a las fisuras de la roca o del material granular cementado
estudiado. Se varía la longitud de los tramos probados, así como la presión a la
que se inyecta el agua, La llamada unidad Lugeon corresponde a una
absorción de 1 litro de agua por minuto, por metro de sondeo, con una presión
de inyección de 10 kg/cm2
En la práctica, la prueba consiste en obtener, para distintos tramos, curvas de
gastos de absorción en función de la presión de inyección.
La longitud de los tramos de perforación en los que se realiza la prueba debe
adaptarse a la naturaleza del terreno. En numerosos casos resulta adecuado el
empleo de tramos de prueba de longitud reducida (1m o aun menos), con
objeto de analizar detalladamente zonas de características excepcionales.
A continuación de muestra el equipo, procedimiento, realización e
interpretación de la prueba.
EQUIPO, PROCEDIMIENTO, REALIZACIÓN E INTERPRETACIÓN DE LA
PRUEBA LEUGEON
EQUIPO
Un obturador o empaque con su correspondiente tubo de inyección. Existen
numerosos tipos de obturadores. Los mecánicos son adecuados para
perforaciones de diámetro mayor de 90 mm; el sello se logra comprimiendo una
serie de rondanas de hule que presionan sobre las paredes de la perforación.
En los obstructores de la copa de cuero, la presión de inyección acuña una
serie de copas contra las paredes de la perforación; este tipo de obturados
requiere que las perforaciones sean muy regulares y perfectamente cilíndricas.
Los obturadores neumáticos constan de cubiertas cilíndricas de hule que se
expanden por inyección de aire comprimido; estos obturadores son eficientes
pero de colocación delicada. En todos los casos, la longitud del obturador debe
ser de 30 cm. por lo menos y de preferencia de más de 1m.
Una bomba. La bomba necesita para inyectar agua a presión debe ser tal que
no produzca variaciones rápidas de la presión, por tanto, debe usarse una de
varios pistones, o de gusano, pero de preferencia una centrífuga de alta
presión.
Medidor de gastos de agua. Solo los medidores de tipo Venturi permiten
determinar el gasto ¿con la precisión suficiente (orden de 1 por ciento)
Uno o varios manómetros. El manómetro empleado para medir la presión debe
ser de buena calidad y encontrarse en buen estado. Se calibrará
cuidadosamente por comparación con un manómetro de precisión. Para evitar
daños al manómetro, este no debe colocarse directamente en la manguera la
tubería de desfogue de la bomba, ya que sufriría el golpeteo debido a
funcionamiento irregular de los pistones de la bomba.
Agua. El agua de inyección debe ser limpia y sin materiales de suspensión,
para evitar taponamientos en el medidor de gastos de agua, así como en las
fisuras del terreno por probar, los cuales pueden inducir errores apreciables en
la prueba.
PROCEDIMIENTO
Verificación del sello
La colocación de los empaques en la perforación, con objeto de sellar el tramo
por probar, puede resultar muy delicada. Para apreciar la calidad del sello, se
inyecta agua y se observa si sube por la perforación, Si el agua sube, esto
puede deberse a dos causas.
1. La perforación no es regular y el empaque no ajusta.
2. El terreno está muy fisurado y se establece un corto circuito
alrededor del empaque.
En el primer caso es necesario desplazar el empaque algunos centímetros y en
ocasiones algunos metros, hasta poderlo ajustar perfectamente o aumentar la
longitud del empaque para lograr un mejor sello. En el segundo, resulta difícil la
realización de la prueba, y se debe pensar en efectuar otro tipo de ensaye.
REALIZACIÓN DE LA PRUEBA
1. Verificando el sello, se anotan los datos correspondiente al tramo
probado: profundidad del nivel freático (obtenida después de
estabilizarse el nivel de agua en la perforación), profundidad y
longitud del tramo probado, diámetro y longitud de la tubería de
inyección.
2. Se aplica el primer incremente de presión de inyección, se observa
el gasto correspondiente, y se espera de 5 a 10 min. a que se
estabilice. Se anotan los valores del gasto y de la presión
correspondiente en el registro de prueba.
3. Se repite el paso anterior hasta llegar a un presión máxima de 10
kg/cm2. y se procede, entonces, a aplicar decrementos de presión,
anotando asimismo los valores de la presión y del gasto
correspondiente. La secuencia de presiones aplicadas puede ser,
por ejemplo, de 1, 2, 4, 6, 8, 10, 6, 4, 2, 1,kg/cm2. Es conveniente
trazar el diagrama gasto-presión conforme progresa la prueba para
ir observando las particularidades de la curva obtenida. La presión
considerada debe e ser la presión efectiva, P, en la zona de prueba,
y obtenerse a partir de la presión leída en la superficie, Pm, tomando
en cuanta las pérdidas de carga en la tubería y en el obturador, Pc,
así como la profundidad del nivel freático con respecto al plano de
lectura del manómetro, Hm,
P = Pm – (Hm / 10) - Pc
Resulta delicado valorar Pc, sobre todo en lo referente a pérdidas de carga en
el obturador; las pérdidas de carga en tuberías pueden calcularse con
nomogramas adecuados, tomando en cuenta la naturaleza del material que las
constituye. Es deseable que se desarrolle un sistema de medición directa de la
presión en la cámara que elimine las graves incertidumbres en cuanto a estas
correcciones.
4. Se calcula el valor de la absorción, en unidades Lugeon, dividiendo
el gasto correspondiente a una presión de 10 kg/cm2, expresado en
lt/min, entre la longitud de la zona probada, expresada en metros.
Para dar una idea aproximada de lo que representa una unidad
Lugeon, se puede establecer que, si se tuviera un medio poroso y
homogéneo, en lugar de roca fisurada, sometido a una prueba de
inyección, que diera una absorción igual a una unidad Lugeon, su
permeabilidad sería
INTERPRETACIÓN DE LA PRUEBA.
El valor de la absorción en unidades Lugeon no es la única información que se
puede obtener de esta prueba. La forma de las curvas gasto-presión es muy
variable y depende esencialmente de las características de fisuración de la
masa: distribución y espesor de las fisuras, tipo de relleno de éstas, etc. Al
aumentar la presión de inyección, se puede observar que la variación del gasto
no es lineal, salvo en contados casos. El tapamiento y destapamiento de las
grietas con materiales de relleno provocan, a diversas presiones, fenómenos
de aumento o disminución de la permeabilidad. Esta variabilidad de la
permeabilidad en grande de la masa debe tomarse en cuenta para valorar la
permeabilidad de diseño de la misma.
A menudo se observan seudo discontinuidades en las curvas gasto-presión las
cuales pueden atribuirse a la abertura y cierre reversibles de las fisuras que
provocan una variación no lineal del gasto con la presión de inyección.
PERMEABILIDAD EN BOQUILLAS
PRUEBAS TIPO LUGEON
Las investigaciones que se hacen sobre la permeabilidad en el subsuelo de
una boquilla, constituye un complemento muchas veces necesario del estudio
de su constitución geológica.
PERFORACION
Será atribución del geólogo localizar las perforaciones donde deben hacerse
las pruebas de permeabilidad en una boquilla.
La perforación se deberá hacer preferentemente con una perforadora rotaria
con broca de diamante, para extraer corazones, pero si existe alguna condición
difícil de vencer o limitaciones económicas, para el uso de este equipo, se
podrá aceptar que no se extraigan corazones usándose en este caso una
perforadora rotaria con broca de tungsteno o una maquina de percusión del tipo
Stenuick, siempre haciendo un intenso lavado del tramo de prueba.
La broca deberá ser preferentemente del tipo NX o sea de 7.6 cm ( 3" ) de
diámetro pero se podrá usar de otro diámetro solo que variando en tal caso, el
valor correspondiente al radio ( r´ ) de la perforación en la formula 3 del valor K.
En la perforación se deberá evitar el uso de barro o bentonita para protección
contra derrumbes.
Si sobre la roca que se desea probar existe una capa de material de deposito o
de arrastre que deba removerse al construir la cortina, convendrá quitarla en el
sitio de la prueba o bien ademarla hasta empotrar el tubo en la roca de
cimentación. Si no hay peligro de derrumbes en ese tramo, se podrá quedar sin
ademe.
TRAMO DE PRUEBA
Conviene usar como longitud del tramo de prueba 5.0 m que comenzaran a
contarse a partir de la superficie del terreno o boca de la perforación.
Se avanzara la perforación hasta la profundidad de 5.0 m. Se suspenderá. Se
hará un lavado cuidadoso de la perforación usando agua y se extraerá la
barrena.
COLOCACION DEL EMPAQUE
Se introducirá el empaque que deberá quedar en este primer tramo de prueba,
colocado cerca de la boca del pozo o sea cerca de la superficie del manto por
probar. Se deberá usar el tipo de empaque que mejor se adapte a la presión
por soportar y a la constitución del terreno ya sea del tipo neumático o del
mecánico.
Cuando la zona superior que cruza la perforación es de material de relleno o
roca muy alterada o agrietada, conviene hacer mas profunda la perforación y
bajar el empaque hasta alcanzar uno de los tramos de 5.0 m de longitud que
permita la prueba. En el registro se anotara el tramo o tramos que no hayan
admitido la prueba.
PRESION DE LA PRUEBA
La presión máxima que debe aplicarse a cada tramo es difícil de determinar
teóricamente. Se ha fijado como limite superior 10 kg/cm2 pero al probar una
roca generalmente se tienen causas diferentes, provocadas por la misma
prueba, que alteran su permeabilidad antes de que se alcance esa presión.
Puede suceder que a los 4 kg/cm2 por ejemplo se produzca un lavado o
destapado de grietas que aumente grandemente el gasto de absorción que se
venia observado; también puede producir ese aumento una dislocación o
reacomodo de la roca.
En algunos casos se observa que hay una obturación de los conductos de
absorción por arrastre de material que efectúa el flujo a presión. Cualquiera de
estos cambios que se traducen por el aumento o una disminución de la
permeabilidad de la roca que se estudia; indica que a partir de la presión que la
produce, ya las observaciones no deberán tomarse en cuenta para obtener la
permeabilidad buscada, sino solamente los gastos observados para presiones
menores.
Pude suceder que las grietas de la roca probada se encuentren rellenas de un
material arcilloso que permite solamente un avance ,uy lento del agua de tal
modo que hasta después de meses o años llegue a saturarse esa arcilla y
reblandecerse hasta hacerla deslavable por el flujo, produciéndose un aumento
grande en la permeabilidad de la roca con peligro no solamente de perdidas
importantes de agua, sino aun de a estabilidad de la estructura. Naturalmente
este es un aspecto que debe estudiarse cuidadosamente como una de las
posibles alteraciones de la permeabilidad original de la roca, buscando la forma
practica en que se obtendrá un indicio sobre el particular, mediante las pruebas
de permeabilidad haciendo intervenir como factor esencial la duración de la
observación de gasto correlacionado a presión.
Es necesario tomar en consideración que la permeabilidad que se desea
obtener es la de la roca tal como se encuentra en la boquilla y que esta se
cuantifica en U. L. Que se supone que no varia con la presión. Por ejemplo si la
permeabilidad de la roca es de 8 U. L esta podrá obtenerse con un gasto de 0.8
litros por minuto y por metro de perforación con presión de 1 kg/cm2 o de 3.2
lts/min/m con P de 4 kg/cm2 o de 3 lts/min/m. con P de 10 kg/cm2.
La alteración de la permeabilidad de la roca durante la prueba, no significa que
la pantalla de la cortina que se vaya a construir al soportar una presión igual o
mayor que la de prueba, sufrirá una alteración semejante, pues en lo general
son menos rígidas las consideraciones de trabajo que las que se tienen durante
la prueba.
De acuerdo con lo anterior, salvo casos de presas con cortinas de mas de
100.0 m. de altura máxima, que serán motivo de estudios especiales, la presión
máxima de prueba conviene fijarla en los 10 kg/cm2. La presión durante la
prueba será la que se tenga en el empaque del extremo superior del tramo y
será por lo tanto la equivalente a
Hp = H1 + H2 + Hf
Hp Carga que corresponde a la presión de prueba.
H1 Altura que corresponde a la presión marcada en el manómetro.
H2 Distancia vertical del manómetro al empaque.
Hf Perdida por fricción en el tubo alimentador desde el manómetro hasta
el empaque.
Si se considera un nivel freatico aguas abajo de la pantalla a la carga en los
tramos que queden abajo de se nivel, habrá que disminuirle la carga igual al
desnivel entre el nivel freatico y el tapón del tramo a prueba.
Cada tramo se deberá probar con las presiones escalonadas de 1, 2, 4, 6, 8 y
10 kg/cm2 en el empaque deteniéndose cuando se observe una alteración
profunda en la correlación de gasto a presión y luego se descenderá también
por lo mismos escalones, hasta la presión nula.
En cada caso se tendrá que estar determinando el termino Hf para el gasto de
prueba con el fin de que restado de Hp ( 10, 20, 30m. etc. ) se obtenga la
respectiva H1 que dividida por 10 de la presión en kg/cm2 debe leerse en el
manómetro.
Para cada tramo probado la H2 es constante, pero la Hf varia con el gasto
bombeado por lo que para encontrar el valor del gasto que corresponda a una
presión dada, habrá que procede por aproximaciones sucesivas.
REGISTRO DE CAMPO
Se va a probar el tercer tramo de la perforación, el cual tiene su extremo
superior o sea el cerrado por el empaque, a la profundidad Hf = 10.0 m.
Para presión de prueba de 1 kg/cm2 se bombeara el gasto requerido para
levantar la presión en el manómetro a un poco menos del kg/cm2. Con ese
gasto se calcula la correspondiente, por medio de ábaco tabla, o diagrama
formada por el equipo que se use y se vera si se satisface la condición de Hp =
H1 + ( H2 – H6 ). Si no se satisface se aumentara o disminuirá el gasto hasta
encontrar el que corresponde a la Hp = 1 kg/m2.
Con cada tramo de prueba se determinara los valores de Q1 para la presión de
1 kg/cm2, de Q2 para 2 kg/cm2, de Q4 para 4 kg/cm2, etc., hasta que estos
valores que indiquen claramente que se ha producido una alteración de
importancia en la permeabilidad de la roca, debiendo después descender las
presiones y encontrar los gastos correspondientes.
Por ejemplo:
Si a los 6 kg/cm2 se encuentra un gasto de absorción que indica alteración de
la permeabilidad de la roca, convendrá hacer todavía la observación con 8 kg/
cm2 y después se descenderá a 6, 4, 2 y 1 kg/cm2 determinado las Q
correspondientes a cada presión que generalmente son mayores o menores
que las observadas con presiones de prueba ascendentes.
Para encontrar el gasto Q en litros por minuto que corresponden a una
determinada carga de prueba, una vez establecido el régimen del gasto de
absorción se deberá tener en observación por un tiempo que no era menor de
10 minutos.
GRAFICAS PARA DETERMINAR LAS U.L.
Se deberá formar una gráfica para cada tramo de pozo, poniendo en las
abscisas los gastos correspondientes en litros por minuto y por metro de
perforación o sea la quinta parte del gasto en el tramo de 5.0 m y como
ordenada las presiones de 1, 2, 4, 6 etc. kg/cm2. Esta gráfica tendrá tantos
puntos en sus ramas ascendente y descendente como escalones se hayan
hecho en la presión.
En un material muy impermeable, es probable que en el primer tramo de 5.0 m.
se pueda aplicar la presión de 1 kg/ cm2 sin producir dislocación, pero ya con 4
kg/cm2 es casi seguro que habrá dislocación y que por lo tanto en la gráfica se
contara a lo mas con dos puntos (1 y 2 kg/cm2) para determinar la
permeabilidad en U.L.
En el séptimo tramo de 5.0 m. es probable que puedan aplicarse las presiones
de 1, 2, 4 y 6 kg/cm2 sin alterar la permeabilidad de la roca por lo que la gráfica
se contara con mayor numero de puntos para fijar la permeabilidad del tramó
en U.L.
En lo general mientras mas profundo sea el tramo probado hay mayores
posibilidades de contar con mas puntos en la gráfica para determinar la
permeabilidad correspondiente.
Mediante este procedimiento se obtendrá gráfica o numéricamente el gasto de
absorción expresado en Lugeones con los datos de gasto en lts/min/m y
presión de inyectado o sea la línea que une el origen de la gráfica con el punto
gasto – presión de la prueba y prolongada hasta cortar la paralela al eje de las
abscisas, con ordenada igual a 10 kg/cm2.
Con las gráficas correspondientes a cada tramo del pozo, se puede representar
también gráficamente la permeabilidad en cada uno de esos tramos y lo que
podría llamarse permeabilidad media del pozo, pero con las presiones
sucesivas que corresponden a cada tramo en una perforación.
INTERPRETACIÓN
Indudablemente la interpretación de los resultados de estas pruebas es lo mas
importante de ellas que deberá hacerla un geólogo con criterio amplio
experiencia y conocimientos sobre el particular.
No debe esperarse una exactitud y concordancia en los resultados de las
pruebas que no la pueden tener por la misma índole del problema, pero
seguramente era posible conseguir informaciones valiosas sobre la cualidad de
impermeabilidad del subsuelo en su aprovechamiento como cimentación de
una cortina en la construcción de una presa dando indicaciones relativamente
precisas sobre la factibilidad de aprovechar una boquilla y en caso afirmativo
sobre el tratamiento requerido de la cimentación de la cortina.
INSTRUCCIONES GENERALES SOBRE OPERACIONES DE CAMPO PARA
LA EJECUCIÓN DE PRUEBAS DE PERMEABILIDAD TIPO LUGEON
ANTECEDENTES
Estas instrucciones para hacer en el campo los ensayos de permeabilidad tipo
Lugeon, así como la forma de llevar los registros, los ha adoptado la secretaria
de Agricultura y Recursos Hidráulicos, con el objeto de estandarizar el
procedimiento a seguir, así como el equipo necesario para su ejecución en las
brigadas dependientes de la subdirección de Geología, encargadas de hacer
este tipo de pruebas, sin dejar de tener en cuenta que existen otros criterios
para hacerlas, llegando a resultados semejantes.
Al formular estas instrucciones se tomó en cuenta lo especificado por el
consultivo Técnico en sus memorándums de pruebas de permeabilidad y las
disposiciones de operación tomadas por esta subdirección para la ejecución de
dichas pruebas en rocas fracturadas.
CONSIDERACIONES GENERALES
Los estudios e investigaciones que se hacen para determinar, la permeabilidad
en el subsuelo de una boquilla o vaso en un complejo de información
necesario, ay que la perforación de un pozo con extracción de muestras, no es
suficiente para conocer el estado real del terreno.
Es indispensable localizar en que perforaciones de reconocimiento se
efectuaran las pruebas de permeabilidad de las programadas para el estudio
geológico de la boquilla y del vaso, ya que de preferencia las pruebas deben
hacerse en estos sondeos.
La permeabilidad a través de agrietamientos o fisuras en la roca, se mide por
medio de las pruebas Lugeon efectuadas en el sitio de la perforación. La
dimensión de los bloques de roca impermeable, separados por fracturas es
despreciable, si se compara con la permeabilidad a través de ellas o de fisuras.
Para conocer la permeabilidad de una formación de rocas compactas
fracturadas, es necesario que existan estas para facilitar la cuantificación del
gasto que se infiltra al efectuar la prueba de permeabilidad en la perforación
que se está haciendo.
PERFORACION
La perforación se deberá hacer preferentemente con una perforadora rotaria
con broca de diamante, para extraer núcleos de roca, pero se podrá hacer
también con perforadora rotatoria con broca de tungsteno, sin extraer
corazones; o como ultimo recurso, con maquina de percusión tipo Stenuick,
siempre haciendo un intenso lavado del tramo de prueba.
Es indispensable que el procedimiento de perforación no modifique las
condiciones naturales de la roca, por lo que deberá evitar el uso de barro o
bentonita para la protección de caídos, ya que con esto taponarían las
pequeñas fisuras del terreno. La perforación con agua limpia es indispensable,
aunque esta condición no es suficiente porque con cualquier perforadora, con
mas o menos intensidad, los sedimentos de los cortes taponan las paredes del
pozo; sin embargo, esto no se puede evitar, pero si se disminuye con el lavado
de la perforación.
Cuando haya peligro de derrumbes en la zona superficial, por existir materiales
de deposito o de arrastre, que probablemente sean removidos al efectuar las
excavaciones de limpia, convendrá además esta capa hasta empotrar el tubo
en la roca.
Es necesario 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 5.0 m , para un tramo, es conveniente para el
caso de que se utilice como limites el empaque y el fondo de la perforación. En
el caso de usar sonda de doble empaque, cuya separación limita la longitud del
tramo por probar, esta subdirección ha adoptado una longitud de 1.50 m por
conveniencia de operación, por tratarse de empaques mecánicos.
PROCEDIMIENTOS
Se avanzara la perforación hasta una profundidad de 5.0 m, suspendiéndola, y
se hará un lavado cuidadoso del pozo utilizando el varillaje de perforación que
se extraerá al terminar la operación. La longitud de 5.0 m como es tentativa,
puede variara por condiciones que se encuentren al perforar, sobre todo
cuando se aprecia perdida de agua de la perforación, donde conviene obtener
información por medio de una prueba de permeabilidad, aun cuando el tramo
perforado sea pequeño.
Se introducirá el empaque que deberá quedar situado en la parte superior del
tramo por probar, que quedara limitado por este y el fondo de la perforación. Se
deberá usar el tipo de empaque que mejor se adapte a la constitución del
terreno y a la presión por soportar, ya sea de tipo neumático o mecánico.
INSTRUCCIONES GENERALES SOBRE OPERACIONES DE PRUEBAS DE
PERMEABILIDAD
CONSIDERACIONES GENERALES
Las pruebas sobre permeabilidad en una boquilla en estudio, son operaciones
de campo básicamente encaminadas a conocer el grado de permeabilidad de
la cimentación de una cortina que se proyecta construir.
Determinación de permeabilidad en la boquilla como complemento necesario
de su estudio geológico.
Se considera para esta exposición de carácter general, que hay dos tipos
esenciales de materiales del subsuelo, desde el punto de vista de la facilidad
mayor o menor que presente para el paso de un flujo de agua a través de su
constitución siendo las que tienen permeabilidad en pequeño y las que
corresponden a permeabilidad en general.
Los materiales que para los fines de este instructivo se consideran con
permeabilidad en pequeño, son todos los granulares, incluyendo las arcillas,
limos, arenas y gravas. Se consideran con permeabilidad en grande, las rocas
con juntas fracturas, fisuras, lajeados y grietas, vacías o rellenas de material
granular.
Para la permeabilidad en pequeño si es posible obtener una muestra inalterada
del campo, se podrá determinar en el laboratorio, pero la permeabilidad en
grande solo se podrá medir mediante operaciones en el campo.
En una roca fisurada existe la permeabilidad en grande por el flujo que se
establece a través de los huecos o fisuras y ante la magnitud de este flujo, la
permeabilidad en pequeño de los bloques que quedan limitados por las fisuras,
resulta despreciable. En la mayor parte de los casos la permeabilidad en rocas
fisuradas podrán definirse como coeficientes de permeabilidad semejante a los
determinados y usados para materiales granulares.
Las pruebas de permeabilidad a que se refiere el presente instructivo,
consisten en inyectar agua en el terreno por medio de una perforación, en
tramos de ella de longitud conocida, con presiones escalonadas registrando los
gastos correlativos que se aplican.
Es indudable que el gasto Q de absorción provocado por la inyección del agua,
está ligado a la presión en el tramo de perforación por una ley que ira desde la
formula conocida de:
En la que admitiendo que el escurrimiento es laminar y que por lo tanto puede
aceptarse para la velocidad la expresión.
Resulta aplicable la formula.
Hasta una en que el escurrimiento sea turbulento y en el que seguramente no
es aplicable la formula de Darcy. La transición de uno a otro limite es paulatina
y por lo tanto va siendo también paulatina la posibilidad de ampliar el uso de la
formula anterior.
Cuando se investiga permeabilidad en formaciones geológicas que no son
granulares, conviene expresar la como un gasto de absorción con una unidad
adoptada.
La unidad Lugeon ( U. L ) es el gasto de un litro por minuto en 1.0 m. de
longitud en el tramo de prueba, bajo la presión de 10 kilogramos por centímetro
cuadrado.
Se admite que la perforación en el tramo de prueba no tiene ademe y que es
de 7.6 cm ( 3") de diámetro aproximadamente. Los tramos de pruebas conviene
que sean de 5.0 m. y se deben hacer las pruebas conforme avance la
perforación, para que el fondo de ella, constituya el limite inferior de ese tramo,
quedando como superior el empaque u obturador del tipo que sea mas
conveniente para la formación geológica que se prueba.
Con el fin de hacer comparables los datos que se obtengan las pruebas de
permeabilidad se llega a un equivalente del valor de K de la formula (3) al valor
del Lugeon, para que queden expresadas las permeabilidades en grande en
Lugoones y también con sus valores equivalentes en coeficientes K de
permeabilidad. Para esta transformación se requiere para cada caso, admitir en
primer lugar que solo se trata de establecer una similitud, pero sabiendo que el
gasto Q estará en función de K determinada con los valores que en seguida se
señalan y además, que estos valores son solo estimativos:
Log 500/ 3.8 = log 131.7 = 2.12
Q = un litro por minuto = 0.0000167 m3/s
Se admite como valor de r el de 500 cm. y el de r como 3.6 cm.
B = 1 m
H = H1 + H2 + Hf = 10 kg/cm2 = 100 m.
K = 2.3 x 0.0000167 x 2.12
Admitiendo la equivalencia en esas condiciones, se podrá siempre expresar la
permeabilidad como gasto de absorción en Lugeon ( U. L .) o en su coeficiente
aproximado de permeabilidad ( K ).
Por comodidad en el campo y por ser valor real, se usara el Lugeon como se
ha definido antes.
Conviene adoptar como tramo de prueba 5.0 m. pero cualquiera que sea el que
se use, el primer paso para transformar un gasto de absorción (Q en litros por
minuto) en Lugeon ( U. L. ) es dividirlo por la longitud del tramo ( b ) en metros.
El gasto de absorción en litros por minuto y por metro, para la presión P en
kg/cm2 se tendrá que multiplicar por 10/P admitiendo que hay correlación en
línea recta entre presión y gasto.
Ejemplos:
Para un gasto de absorción de 15 litros por minuto en prueba con tramo de 5
m. y presión de 6 kg/cm2 se tendrán.
Para un gasto de absorción de 30 litros por minuto en tramo de prueba de 15.0
m con presión de 10 kg/cm2 se tendrá.
Para un gasto de absorción de 60 litros por minuto en prueba de un tramo de
5.0 m con presión de 12 kg/cm2.
