ENSAYO LUGEON PARA EVALUAR EL VALOR DE PERMEABILIDAD EN CAMPO.
Es un ensayo en campo que se realiza con sondeos, únicamente en rocas consolidadas, para medir la permeabilidad. Consiste en medir el volumen de agua (V) que se inyecta durante un tiempo (t), es decir, el caudal Q= Vt en un tramo de sondeo de longitud (!) a una presi"n (# t). Con este ensayo se busca tener una idea de la permeabilidad en grande, es decir, la debida a las $isuras de la roca o del material granular cementado en estudio. %upongamo %upong amos s una per per$or $oraci aci"n "n inv invadi adida da &as &asta ta una cie cierta rta pro pro$un $undid didad, ad, a par partir tir de est esta a se per$oran unos ' metros y luego se $ia un obturador en la parte superior de este tramo virgen y se inyecta agua a presi"n con una bomba. n man"metro colocado en la boca del pozo, un contador de agua y una v*lvula de descarga, permiten medir los caudales inyectados inyectados a una presi"n dada.
+m*gen. -ontae Ensayo !ugeon omada de/ &ttp/ussdams.comproceedings El ensayo es &ec&o en cinco estados, en los cuales la presi"n con la que el agua es inyectada, var0a entre cada uno de ellos. 1ntes de empezar, se de$ine la presi"n m*2ima que va a se serr ut util iliz izad ada, a, es esta ta no de debe be e2 e2ce cede derr la pr pres esi" i"n n de co con$ n$ina inami mien ento to es espe pera rada da de la pro$undidad pro$u ndidad de la per$oraci"n3 per$oraci"n3 sobre esta presi"n m*2ima se traba trabaa a durante el ensay ensayo o para no generar $racturas en la roca a causa de la presi"n generada por el agua. Cada estado consiste en bombear cuanta cantidad de agua sea necesaria para mantener de$inida y constante la presi"n de la misma, 4sto se &ace, generalmente, en intervalos de 5
minutos. Esta presi"n es incrementada en cada estado subsecuente, &asta llegar a la presi"n m*2ima ya establecida. na vez 4sta es alcanzada, la presi"n del agua debe ser reducida pasando por las mismas presiones de los estados anteriores. !os cinco estados son /
Estado 9ao 5.'5:;-1<
Estado 6 -edio 5.':;-1<
Estado 7 -*2imo ;-1<
Estado 8 -edio 5.':;-1<
Estado ' 9ao 5.'5:;-1<
%iendo ;-1< la presi"n m*2ima de$inida a la cual el agua debe ser inyectada. !a prueba Lugeon, o ensayo Lugeon, es un ensayo que se &ace en el campo para estimar la permeabilidad del suelo. %e aplica principalmente en rocas $racturadas. Consiste en medir el volumen de agua >
> que se consigue inyectar en el suelo durante un tiempo determinado >
>, en otras palabras se mide el caudal >
>, a una presi"n constante
.
, en un tramo de una longitud determinada
6
En una per$oraci"n impermeabilizada &asta una cierta pro$undidad, a partir de esta se per$oran unos ' metros y luego se $ia un obturador neum*tico en la parte superior de este tramo se inyecta agua a presi"n con una bomba. En la boca del pozo se controla la presi"n con un man"metro. n contador de agua y una v*lvula de descarga, permiten medir los caudales inyectados a una presi"n d ada mantenida constante. !as mediciones se e$ectúan en ' niveles de presi"n, en los cuales el agua es inyectada. 1ntes de empezar, se de$ine la presi"n m*2ima que va a ser utilizada, esta no debe e2ceder la presi"n de con$inamiento esperada de la pro$undidad de la per$oraci"n3 sobre esta presi"n m*2ima se trabaa durante el ensayo para no generar $racturas en la roca a causa de la presi"n generada por el agua. !a presi"n m*2ima est* relacionada con el obetivo de la prueba, por eemplo para evaluar las p4rdidas por in$iltraci"n en un embalse a ser creado. ;ara cada nivel de presi"n, el ensayo consiste en bombear la cantidad de agua que sea necesaria para mantener constante la presi"n en la zona de ensayo. Esta presi"n es incrementada en cada nivel subsecuente, &asta llegar a la presi"n m*2ima ya establecida. na vez 4sta es alcanzada, la presi"n del agua debe ser reducida pasando por las mismas presiones de los estados anteriores. !os cinco estados son /
Estado
Estado 6
Estado 7
Estado 8
Estado '
9ao
-edio
-*2imo
-edio
9ao
5.'5:;-1< 5.':;-1<
;-1<
5.':;-1< 5.'5:;-1<
%iendo ;-1< la presi"n m*2ima de$inida a la cual el agua debe ser inyectada. !a permeabilidad se determina con la $"rmula/
?onde/
radio de la per$oraci"n de prueba
#abitualmente la permeabilidad se mide en >!ungeones>, unidad as0 denominada en &omenae al ge"logo -aurice !ugeon. !ugeon = a la permeabilidad que absorbe un caudal de litro por minuto, por cada metro de sondeo permeable inyectado a presi"n constante de -;a, con un tiempo de 5 minutos.6
El ensayo e Le!ran" Le!ran" se utiliza en suelos permeables o semipermeables, de tipo granular, situados por debao del nivel $re*tico, y e n rocas muy $racturadas. E2isten dos m4todos para realizar el ensayo de !e$ranc/ •
@ivel constante/ primero se debe saturar el suelo &asta que el aire de los vac0os sea e2pulsado, lo cual permitir* lograr una in$iltraci"n m*s uni$orme en el suelo, lo que conllevar* a poder introducir un caudal conocido de manera que se mantenga un nivel constante dentro de la per$oraci"n. Cuando se estabiliza este proceso, con la medida conocida del caudal introducido, la longitud y el di*metro de la per$oraci"n, es posible calcular la permeabilidad de dic&o suelo. El caudal de admisi"n debe medirse cada ' minutos, siempre logrando mantener el nivel constante dentro del sondeo durante apro2imadamente 8' minutos.
;ara conocer la permeabilidad en el macizo rocoso, se tiene entonces la ecuaci"n/
?onde/ A/
permeabilidad. Q/ velocidad constante del $luo en la per$oraci"n. !/ longitud del tramo ensayado. #t / presi"n de sobrecarga a la pro$undidad del ensayo peso especi$ico del agua. r/ radio de la per$oraci"n de prueba.
Es común para este ensayo e2presar la permeabilidad del macizo rocoso en lugeons. n !ugeon (!g) es una unidad equivalente a litro por minuto y metro, bao una presi"n de 5 Agcm63 esto es apro2imadamente igual a B 5 ms. Es una unidad pequeDa, y valores menores de un !g indican en la pr*ctica terrenos poco permeables.
Ensayo Lefranc El ensayo Le!ran" es uno de los ensayos de permeabilidad, in situ, que se aplica con mayor $recuencia. Consiste en introducir, o bombear agua desde un sondae, donde la cavidad es mantenida constante, a una determinada pro$undidad. %e aplica principalmente a suelos sueltos. ;ara suelos rocosos $racturados se utiliza, para el mismo $in, el ensayo !ugeon. E2isten dos modalidades, con presi"n constante, o, con presi"n variable.
#n$"e ocultar F •
Ensayo con carga &idr*ulica constante
•
6 Ensayo con carga &idr*ulica variable
•
7 Ge$erencias
•
8 V4ase tambi4n
Ensayo con carga hidráulica constante editar F En el ensayo con carga &idr*ulica constante se introduce o bombea en un pozo de sondeo el caudal necesario para mantener, en el pozo que se est* veri$icando, a un nivel constante. !a interpretaci"n del ensayo se basa en algunas &ip"tesis que simpli$ican el problema, pero que no a$ectan sustancialmente el resultado. !as &ip"tesis son/ (i) se trata de un $luo laminar , (campo de aplicaci"n de la ley de ?arcy)3 (ii) que el medio es isotr"pico y &omog4neo3 y, (iii) que se trata de un r4gimen permanente. En estas condiciones el caudal la permeabilidad, representada por el coe$iciente de permeabilidad es decir/
es proporcional a
, y a la carga &idr*ulica
,
?onde
es un coe$iciente caracter0stico de la c*mara $iltrante.
!a carga &idr*ulica est* dada por la altura del agua en el aguero, por encima del nivel $re*tico (la carga se considera nula antes del ensayo). !a posici"n del nivel $re*tico, sin embargo, no siempre puede determinarse con precisi"n, lo que di$iculta la determinaci"n con$iable del coe$iciente de permeabilidad. ;ara minimizar el error en el c*lculo del coe$iciente de permeabilidad es conveniente que se pueda garantizar con una buena apro2imaci"n la $orma de la cavidad, pr e$erentemente cil0ndrica, sea utilizando un tubo per$orado en el tramo a ser analizado, lo que garantiza tambi4n la estabilidad de las paredes durante el ensayo, permitiendo la entrada del agua al estrato a ser analizado sin grandes p4rdidas de carga. Htra $orma de garantizar la permanencia de la c*mara de in$iltraci"n es introduciendo grava gruesa en el pozo y retirando el revestimiento &asta la altura deseada. Irecuentemente el estrato de acu0$ero que se ensaya tiene una longitud entre 5.' y .5 m. 1 Continuaci"n se dan los coe$icientes de $orma de la c*mara $iltrante, correspondiente a alguna de sus con$iguraciones posibles/ •
super$icie $iltrante limitada al $ondo circular del di*metro interior de la per$oraci"n donde •
es el radio de la per$oraci"n.
super$icie $iltrante asimilable a una es$era de radio
•
= al radio de la per$oraci"n.
super$icie $iltrante con$ormada por un tramo $iltrante del recubrimiento de la per$oraci"n de longitud y de di*metro , igual al di*metro de la per$oraci"n.
en el caso de que
JJ
, la $"rmula anterior se trans$orma en/
Ensayo con carga hidráulica variable editar F En el ensayo con carga &idr*ulica variable se introduce o se e2trae un determinado volumen de agua en la cavidad de in$iltraci"n y se mide la variaci"n del nivel piezom4trico en el pozo a lo largo del tiempo. Este tipo de ensayo es, en general, utilizado para suelos poco permeables (A K 58 cms). El coe$iciente de permeabilidad A se determina mediante la e2presi"n/
?onde/ = coe$iciente caracter0stico de la c*mara $iltrante. = secci"n transversal del pozo = carga &idr*ulica en el inicio del ensayo
L
= carga &idr*ulica variable en $unci"n del tiempo = logaritmo natural
Prueba de Bombeo de Campo - Suelos. La información más fidedigna con respecto a permeabilidad de un deposito de material grueso situado abajo del nivel freático, puede obtenerse usualmente haciendo pruebas de bombeo en el campo. Aunque estas pruebas tienen su mayor aplicación en relación con las cimentaciones para presas, también pueden resultar oportunas en los trabajos de cimentación de puentes o edificios grandes, en los que puede hacerse descender el nivel del agua freática. Se hace una prueba perforando un poo del cual se bombea y varios otros en los cuales se observe la posición del nivel del agua. Los poos de observación se perforan a varias distancias del poo de bombeo, siguiendo dos l!neas rectas, una orientada apro"imadamente en la dirección de la corriente natural del agua subterránea y la otra en ángulo recto a la primera. #na ve que se ha establecido el flujo, y los niveles del agua en todos los poos son casi estacionarios, puede calcularse el coeficiente de permeabilidad con los resultados de las observaciones. Las ecuaciones pertinentes dependen de las condiciones de frontera y, en algunos problemas prácticos, pueden ser bastante complicadas. $ara las condiciones sencillas que se ilustran en la fig. %.&, que representan un manto horiontal de arena homogénea que se e"tiende de la superficie del terreno hasta un estrato impermeable, mismo que es atravesado en todo su espesor por el poo de bombeo y por los poos de observación,
en la que q es igual al gasto que atraviesa la frontera de cualquier sección cil!ndrica que tenga un radio r y, por lo tanto, la cantidad de agua bombeada del poo por unidad de tiempo.
Tabla 2.1 'oeficiente de permeabilidad de los diferentes suelos.
Figura 2.3. (lustración del flujo del agua hacia un poo durante una prueba de bombeo.
)n la tabla %.* se han reunido valores apro"imados del coeficiente de permeabilidad para diferentes tipos de suelos, y el método recomendado para determinar estos valores. 'omo se indica en la tabla, es dif!cil obtener valores seguros para los coeficientes de permeabilidad de los suelos que contengan cantidades apreciables de limo o de arena muy fina. +o e"iste un método indirecto para calcular la permeabilidad de esos materiales, y las pruebas de laboratorio es probable
que
e"perimentados
sean
e"tremadamente
inseguras,
a
menos
que
las
realicen
técnicos
