DISEÑO Y CONTROL DE LA INYECCION UTILIZANDO EL
PRINCIPIO “GIN”
POR G. LOMBARDI Y D. DEERE, 1985 (Traducción)
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ÍNDICE CONTENIDO
PÁGINA
1. INTRODUCCIÓN
4
2. CONCEPTOS TEÓRICOS DEL FLUJO DE INYECCIÓN Y PENETRACIÓN
6
3. SELECCIÓN DE LA MEZCLA DE INYECCIÓN
7
4. DISEÑO DE LA INYECCIÓN
9
5. DESARROLLO DEL MÉTODO GIN
10
5.1 Inyección de Fisuras Amplias y Abiertas
10
5.2 Inyección de Fisuras Finas
10
5.3 Distancia entra Series de Perforaciones de Inyección
11
5.4 Pruebas de Presión de Agua (Ensayos de Lugeon)
11
6. MÉTODO GIN
12
6.1 Energía Específica Gastada
12
6.2 Ventajas de Mantener un GIN Constante
12
6.3 Envolventes Límites para Diferentes Intensidades de Inyección
12
6.4 Selección del Valor GIN
14
7. INYECCIÓN CONTROLADA POR COMPUTADOR
16
7.1 Generalidades
16
7.2 Las curvas GIN y de Penetrabilidad - Volumen como Controles Prácticos Prácticos de la Inyección
17
8. APLICACIÓN A LAS CORTINAS DE INYECCIÓN
19
8.1 Generalidades
19
8.2 Relación entre el Espaciamiento de las Perforaciones Perforaciones y el Método GIN.
20
8.3 Criterios de Cierre
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ÍNDICE CONTENIDO
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1. INTRODUCCIÓN
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2. CONCEPTOS TEÓRICOS DEL FLUJO DE INYECCIÓN Y PENETRACIÓN
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3. SELECCIÓN DE LA MEZCLA DE INYECCIÓN
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4. DISEÑO DE LA INYECCIÓN
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5. DESARROLLO DEL MÉTODO GIN
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5.1 Inyección de Fisuras Amplias y Abiertas
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5.2 Inyección de Fisuras Finas
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5.3 Distancia entra Series de Perforaciones de Inyección
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5.4 Pruebas de Presión de Agua (Ensayos de Lugeon)
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6. MÉTODO GIN
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6.1 Energía Específica Gastada
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6.2 Ventajas de Mantener un GIN Constante
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6.3 Envolventes Límites para Diferentes Intensidades de Inyección
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6.4 Selección del Valor GIN
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7. INYECCIÓN CONTROLADA POR COMPUTADOR
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7.1 Generalidades
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7.2 Las curvas GIN y de Penetrabilidad - Volumen como Controles Prácticos Prácticos de la Inyección
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8. APLICACIÓN A LAS CORTINAS DE INYECCIÓN
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8.1 Generalidades
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8.2 Relación entre el Espaciamiento de las Perforaciones Perforaciones y el Método GIN.
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8.3 Criterios de Cierre
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9. PRINCIPALES PUNTOS DEL MÉTODO GIN
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9.1 Conceptos Básicos
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9.2 Diseño de la Mezcla
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9.3 Disposición de las Perforaciones de Inyección
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9.4 Controles de Terreno
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10. EJEMPLO
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11. COMPARACIÓN CON LA INYECCIÓN COMÚN
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12. RESUMEN Y CONCLUSIONES
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13. REFERENCIAS
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iii
Diseño y Control de la Inyección Utilizando el Principio GlN (Grouting lntensity Number) Por G. Lombardi y D. Deere (Traducción)
1.
INTRODUCCIÓN
En este trabajo se hace una presentación del método del Indice de Intensidad de Inyección (GIN, en inglés) para la inyección de macizos rocosos. Las principales características, que son únicas en este método son: (1)
Se tiene una sola mezcla estable para todo el proceso de inyección (relación agua:cemento en peso de 0,67 a 0,8:1) con un superplastificante para aumentar la penetrabilidad;
(2)
Se inyecta con una velocidad baja a mediana que a través del tiempo, lleva a un aumento gradual de la presión a medida que la mezcla penetra más en las fracturas de la roca;
(3)
Se realiza un monitoreo de la presión, caudal, volumen inyectado y penetrabilidad a través del tiempo, en tiempo real, mediante gráficos computacionales; y
(4)
Se termina la inyección cunado las trayectoria de inyección en le diagrama de presión vs. Volumen total (por metro de intervalo de inyección) intersecta una de las curvas de volumen límite, dado por la curva hiperbólica GIN elegida (una curva de p * V constante, presión x volumen, una medida de la energía gastada).
La experiencia en varios países con grandes proyectos hidroeléctricos indica que el método es técnica y económicamente eficaz. La inyección de macizos rocosos con lechadas de cemento para mejorar sus propiedades mecánicas e hidráulicas es una práctica bien establecida en la ingeniería civil. Sin embargo durante mucho tiempo esta práctica ha sido dominada por reglas empíricas y experiencias personales o institucionales, que han levado a menudo a creencias dogmáticas. Durante esta década, en numerosos grandes proyectos hidroeléctricos en construcción en diferentes países, los autores han tenido la oportunidad de trabajar con proyectistas, ingenieros geotécnicos y geólogos e ingenieros de control de terreno, en el desarrollo de un mejor entendimiento del proceso de inyección, a través de una combinación de investigaciones de laboratorio, teóricas y de terreno. La información obtenida mediante estudios de laboratorio de la cohesión (resistencia a la fluencia) y la viscosidad dinámica de las distintas mezclas de inyección, mediante estudios teóricos del flujo y penetración de la mezcla y mediante el monitoreo en terreno de las
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presiones y absorciones (admisión), ha llevado al concepto de Indice de Intensidad de Inyección (GIN), tal como se discute en este trabajo. Por razones de simplicidad, este trabajo sólo tratará la inyección de macizos rocosos, aunque también se podrían aplicar algunas de las consideraciones a suelos granulares y a la inyección con otros materiales. Se da más énfasis a las cortinas de inyección para presas que a las inyecciones de consolidación en general o a la aplicación en obras subterráneas, a pesar del hecho que el método GIN también se ha utilizado para estos tipos de obras. No es el propósito de este trabajo revisar el estado actual del arte de la inyección, como lo han 1-4 hecho muy bien numerosos libros recientes . Más bien se dará una breve base teórica, seguida por conceptos tanto teóricos como prácticos que llevan al desarrollo del procedimiento de inyección GIN. La probada eficacia del método para lograr mejores resultados de inyección y operaciones de inyección más simple y más económicas, ha sugerido a los autores que el método debería presentarse a una mayor audiencia.
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2.
CONCEPTOS TEÓRICOS DEL FLUJO DE INYECCIÓN Y PENETRACIÓN
A diferencia de los fluidos Newtonianos, como el agua o el aceite, donde el comportamiento reológico se puede caracterizar solamente a través del parámetro viscosidad, una lechada de cemento “estable” se comporta como un fluido Bingham durante su flujo, poseyendo tanto viscosidad como cohesión (resistencia a la fluencia). Aunque ambos son parámetros de resistencia al flujo, la viscosidad controla el caudal, mientras que la cohesión controla la máxima distancia de recorrido (para una presión de ínyección dada y para una abertura dada de fisura en la roca). 6-11
En otras publicaciones se han desarrollado y presentado las ecuaciones para calcular la máxima distancia de recorrido, el volumen máximo de mezcla inyectada y la máxima fuerza de levantamiento total ejercida inyectada. En este punto es suficiente hacer notar que la máxima distancia de recorrido lograda por la lechada de inyección es directamente proporcional a la presión de inyección aplicada y a la abertura de las fisuras, y es inversamente proporcional a la cohesión de la lechada de inyección. Por lo tanto, para mejorar la penetración de la inyección en 1as fisuras finas de la roca, es necesario aumentar la presión de inyección o reducir l a cohesión de la lechada, o ambas cosas a la vez. Quizás el mayor valor de las ecuaciones de flujo de Bingham es su capacidad de dar una idea del proceso de inyección con respecto a los factores que afectan la penetración de la .mezcla en una grieta en la roca y la extensión de las fuerzas de hendidura creadas por, el proceso de inyección. Aunque las mezclas estables, (definidas como las que- muestran en 2 horas menos de 5 por ciento de decantación de agua en la parte superior de un cilindro de 1.000 ml) se podrían aproximar al comportamiento de un fluido Bingham, no es razonable aplicar las ecuaciones, a mezclas diluidas y acuosas. Estas mezclas diluidas o lechadas son suspensiones inestables de partículas cemento que, durante el flujo de la mezcla a través de las fisuras en la roca, podrían mostrar una sedimentación errática, erosión, y comportamientos de re-suspensión y re-sedimentación. Es imposible predecir este comportamiento caracterizándolo con las ecuaciones de fluido Bingham o cualquier otra ecuación. En la siguiente sección se presentan los factores adicionales que influyen en la selección de una mezcla de inyección.
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3.
SELECCIÓN DE LA MEZCLA DE INYECCIÓN
La controversia entre las mezclas gruesas y las delgadas (lechadas) ciertamente continuará por 5-11 muchos años más. Desde 1985, en la literatura los autores han expresado su preferencia por las mezclas más gruesas. La práctica de agregar 1 a 2 por ciento de bentonita para estabilizar la mezcla y para reducir la sedimentación, progresivamente se ha ido reemplazando por el uso de mezclas con mayor contenido de cemento pero con aditivos superplastificantes. Estas mezclas son estables, y debido a que tienen menos cohesión, son más penetrantes; también tienen una mayor resistencia después de fraguar y endurecer. Tradicionalmente, los que prefieren las mezclas más gruesas han notado las varias ventajas que exhiben estas mezclas, tanto durante el proceso de inyección, como durante la vida útil del macizo rocoso inyectado, después que la mezcla ha endurecido. Durante el proceso de inyección , una mezcla moderadamente gruesa y estable tiene las siguientes ventajas comparadas con una mezcla delgada: - Menor sedimentación de los granos de cemento durante condiciones de flujo lento. - Eliminación de menos agua como resultado del paso por zonas estrechas (menos vías de paso) del camino del flujo, con menos bloqueos prematuros. - Mayor estabilidad en el tiempo y a la distancia, al comportarse como un fluido predecible (Un fluido Bingham con cohesión y viscosidad dinámica dada) - Menor riesgo de hidrofractura (también llamada hidrohendidura o hidroruptura) y levantamiento de los estratos geológicos, debido a que existe una rápida caída de la presión, alejándose de la perforación de inyección, por la cohesión de la mezcla (y relleno de las fracturas con una mezcla de alta calidad. Durante la vida útil de una obra, la mezcla gruesa endurecida en fisuras de la roca, tiene las siguientes ventajas al compararla con una mezcla delgada: - Menor retracción durante el fraguado, y por lo tanto una mayor adherencia a lo largo de las paredes de la fisura de la roca y menor riesgo de reapertura. - Mayor densidad y mayor resistencia mecánica debido al mayor contenido de cemento, y por lo tanto mayor resistencia a la erosi6n física e hidráulica. - Menos porosidad, menor permeabilidad, y una mayor resistencia de adherencia, y por lo tanto mayor resistencia química a la erosión y una mayor durabilidad de la cortina de inyección durante la vida útil de la presa. La mezcla estable, debido a su cohesi6n, requiere mayores presiones de inyección para alcanzar la misma distancia de recorrido comparada con una mezcla delgada. Sin embargo el uso de una
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pequeña cantidad de superplastificante, tanto sus parámetros de cohesión como de viscosidad se pueden disminuir substancialmente. La práctica actual en varios grandes proyectos es utilizar una mezcla con una razón 0, 67: 1 a 0, 8: 1 (agua: cemento en peso) para obtener 1a mayor densidad y resistencia de la mezcla endurecida, y un superplastificante para reducir la cohesión viscosidad durante la inyección. Las pruebas de laboratorio se utilizan para determinar las propiedades de f lujo, de sedimentación, fraguado y de resistencia de distintas mezclas de inyección para distintos cementos y superplastificantes. Los valores de la cohesión y viscosidad se pueden obtener en laboratorio utilizando un viscosímetro rotatorio con cilindros concéntricos. Sin embargo, también se puede utilizar el 5-6 medidor de cohesión de placa simple . Este es un trozo de placa de acero desbastado de 100 mm por 100 mm por aproximadamente 1, 5 mm de espesor, que se pesa antes y después de darle un baño, durante unos pocos segundos, en la mezcla. La diferencia de peso dividida por la superficie de los dos lados da el parámetro de cohesi6n en unidades de resistencia de corte. Es conveniente dividir 1a cohesión C por el peso específico de la lechada D, dando la cohesión relativa Cr = C/D , que es la que se usa normalmente. Comúnmente se entrega en mm, y los valores típicos son de 0,2 a 0,35 mm para las lechadas gruesas sin superplastificantes. Con aditivos, la cohesión relativa baja a valores de 0,08 a 0,15 mm, que es el rango recomendado. Es interesante hacer notar que. el valor Cr de hecho es el espesor de la lechada que queda colgada a cada lado de la placa de cohesión La placa de cohesión se debe estriar adecuadamente, cortando ranuras delgadas que se intersectan en sus superficies para que la adherencia entre la superficie de acero y la mezcla sea mayor que la cohesión entre la capa superficial de la mezcla adherida y el resto de la mezcla; de otra forma, toda la mezcla se deslizará. Otros valores típicos de laboratorio son: peso específico de la mezcla, 1,59 a 1,67 t/m3 (99,2 a 104,2 lb/pie3), tiempo de flujo en cono Marsh, 29 32 s y resistencia a la compresión a los 28 días, 15 a 20 MPa (2250 a 3000 lb/Pulgada 2). Otro punto que se debe tener en cuenta es la pérdida potencial de agua al inyectar una roca seca, situada sobre la napa freática. Por esta razón la mezcla se espesaría y su cohesión podría aumentar (y aparecerían fricciones internas) hasta un punto en que no se podría inyectar más’. Una práctica prudente es inyectar agua durante un cierto período de tiempo para obtener una saturación parcial del macizo rocoso justo antes de realizar la inyección. También se podrían utilizar aditivos que retengan el agua de la mezcla. Una vez que se ha determinado una mezcla aceptable mediante ensayos de laboratorio, con sus propiedades mecánicas en los rangos deseables, la misma mezcla debería usarse para toda la inyección que se realice en una obra: el uso de una sola mezcla simplifica en gran medida el procedimiento de inyección.
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4.
DISEÑO DE LA INYECCIÓN
El diseño de una cortina de inyección incluye la selección de las siguientes características principales: la mezcla de inyección, el espaciamiento y profundidad de las perforaciones, la secuencia de inyección, el procedimiento de inyección (incluyendo limitación de volumen y presi6n) y el control de terreno. Se necesita un buen conocimiento de la geología del lugar a1 elegir algunos de estos parámetros, especialmente las características físicas de las discontinuidades del macizo rocoso que se deben inyectar (tipos, frecuencia, abertura de fisuras, rugosidad, alteración o relleno y extensión). También se deberían considerar el estado de tensiones in situ y las condiciones existentes de la napa freática . Además de conocer las condiciones geológicas y geotécnicas existentes, también se deben tomar en cuenta los cambios inducidos por la obra en el estado de tensiones y en las presiones hidráulicas y su variación en el tiempo (como por ejemplo durante el llenado y el vaciado del embalse). Finalmente, se debería definir en mejor forma de lo que se hace generalmente, la meta que se debe lograr en términos de los efectos de la consolidación o impermeabilización. Este trabajo no pretende cubrir en detalle todos estos puntos, sino que se concentra en varios de los más importantes.
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5.
DESARROLLO DEL MÉTODO GIN
5.1 Inyección de Fisuras Amplias y Abiertas Tanto las observaciones prácticas como los estudios teóricos indican que las fisuras más amplías y abiertas en un macizo rocoso son las que se pueden inyectar más fácilmente. También el recorrido de la mezcla puede ser considerable (unas cuantas decenas de metros). Por lo tanto, existen razones prácticas y económicas para reducir el recorrido y el volumen de la mezcla inyectada. Existen tres maneras de lograr esta reducción: utilizando una mezcla menos penetrante (más espesa y con mayor cohesión), limitando la presión. de inyección o limitando el volumen de la mezcla inyectada. Antes de seleccionar el factor limitante se debería considerar que también pueden existir fisuras más finas en el intervalo de roca que se está inyectando. Estas fisuras son más difíciles de inyectar y probablemente no se inyectarán adecuadamente antes de una etapa posterior, cuando se hayan llenado las fisuras más abiertas y más amplías. Sin embargo, durante la primera etapa de inyección es deseable lograr algún grado de relleno de estas fisuras finas . Por lo tanto, la mezcla no se debería espesar, sino que debería ser una mezcla estable moderadamente espesa, con el aditivo superplastificante. Tampoco la alternativa de limitar la presión es muy atractiva, ya que esto además obstaculizaría la inyección de las fisuras finas. La alternativa restante, de 1imitar el volumen parece ser la mejor (Por ejemplo, 200-400 1 de inyección por metro de 3 perforación (2,15-4,3 pie por pie) en el tramo que se inyecta o, en términos de peso, suponiendo una razón agua: cemento de 0,75 en peso, 185-370 kg de cemento por metro de perforación (1,34 - 2,68 sacos por pie con sacos de 94 lbs).
5.2 Inyección de Fisuras Finas Después de haber inyectado las fisuras más amplias, o si no hay originalmente fisuras amplias y abiertas en la zona que se está inyectando, la inyección de las fisuras más finas se transforma en la primera prioridad. Esta inyección se puede mejorar utilizando una mezcla más diluida, con menor cohesión, o inyectando a mayores presiones. Es más conveniente elevar la presión y mantener la mezcla, de alta calidad, moderadamente gruesa con el superplastificante. Debido que las fisuras mas finas tendrán un menor recorrido de inyección y debido a que la presión de inyección disminuye rápidamente a medida que se esparce alejándose de la perforación, como regla general, la fuerza de levantamiento total, incluso a altas presiones de inyección, será mucho más baja que el peso de la sobrecarga; hidrofractura. de las diaclasas de la roca y los planos de estratificación pocas veces son un problema (excepto en los 5 – 10 m superiores). Consecuentemente se aceptan presiones de inyección bastante altas, incluso hasta 30 o 40 bars, es decir 3 a 4 MPa (425 a 570 lb/pulg2), calculadas en el tramo inyectado, siempre que la admisión sea pequeña.
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Así, comienzan a emerger los dos primeros elementos del principio GIN: una limitación de volumen, donde la mezcla penetra fácilmente a bajas presiones y una limitación de presión, donde la mezcla penetra sólo con dificultad. Falta sólo examinar los rangos intermedios. Sin embargo antes de investigar estos rangos, es útil revisar otras consideraciones en torno a la inyección.
5.3 Distancia entra Series de Perforaciones de Inyección Usualmente se inyectan primero las perforaciones primarias, que tienen un espaciamiento relativamente grande (10-12 m), de modo la inyección de una perforación primaria no de interfiera con la siguiente. A menudo se especifica que una de cada tres o cuatro perforaciones primarias se perfore e inyecte antes que las otras primarias para utilizarla como perforación de reconocimiento. Estas perforaciones a menudo son con extracción de testigo y se deberán probar con agua a presión hasta una profundidad de 0,75 x H (donde H es la altura del futuro embalse en el punto cuestión). La profundidad de las restantes perforaciones primarias se podrá ajustar de acuerdo a los resultados de las perforaciones de reconocimiento. Luego se inyecta la siguiente serie de perforaciones, las perforaciones secundarias, ubicadas entre las primarias. Ya que estas perforaciones están sólo a 5 o 6 m de las perforaciones primarias, a menudo encontrarán mezcla endurecida en algunas de las fisuras más amplias. En general, sus admisiones serán inferiores a las de las primarias. A menudo se requieren perforaciones terciarías, cada 2,5 a 3 m, usualmente aun con menores admisiones; eventualmente, incluso podrían requerirse perforaciones cuaternarias (1,25 a 1,5 m de cada perforación terciaria), normalmente dando como resultado una absorción final de mezcla aceptablemente baja. Ya que la roca queda cada vez más compacta con cada fase de inyección, las fisuras sin inyección que se encuentran últimas perforaciones, serán la mayoría de ellas fisuras más finas; por lo tanto las presiones más altas serían beneficiosas y producirían una inyección más eficaz. Así, ya hemos identificado el tercer ingrediente del procedimiento GIN: una presión progresivamente mayor a medida que la roca se hace más compacta a fin de inyectar las fisuras cada vez más finas.
5.4 Pruebas de Presión de Agua (Ensayos de Lugeon) Las pruebas de presión de agua (pruebas Lugeon) se han utilizado a menudo en cada tramo de inyección para ayudar a elegir la mezcla de inyección. Sin embargo, la experiencia y la teoría han indicado una muy mala correlación de los valores Lugeon con las absorciones de inyección. No obstante las pruebas Lugeon o pruebas similares aún se pueden utilizar en las perforaciones primarias de reconocimiento para obtener un esquema general de la permeabilidad a lo largo de los empotramientos y la parte central de la fundación de la presa. Luego, se pueden hacer comparaciones con pruebas Lugeon en perforaciones de control para ver si se ha logrado suficientemente la permeabilidad.
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6.
MÉTODO GIN
6.1 Energía Específica Gastada Para inyectar una zona rocosa con más intensidad, se tiene que gastar más energía. En un intervalo de inyección dado, la energía gastada es aproximadamente proporcional al producto de la presión de inyección final p y del volumen de mezcla inyectado V, dando un producto pV. Este número pV se llama Número o Indice de Intensidad de Inyección o GIN (Grouting Intensity Number). El volumen se puede unificar a la longitud del intervalo de inyección en forma de litros/m (o como peso del cemento inyectado en kg/m, ya que para mezclas moderadamente gruesas los valores numéricos son similares dentro de un rango de 5 a 10 por ciento). Tradicionalmente la presión ha sido utilizada en forma de bares, dando como resultado unidades pV o unidades GIN en bars/litros/m, aunque obviamente se podrían utilizar otras unidades haciendo las conversiones apropiadas.
6.2 Ventajas de Mantener un GIN Constante El método GIN requiere que un a vez que se ha elegido un nivel de intensidad de inyección (por ejemplo, un GIN de alta intensidad de 2.000 bares*l/m), este valor se debería utilizar tanto para las fisuras que se pueden inyectar fácilmente, con grandes volúmenes absorbidos a baja presión, como para las fisuras más finas, con bajas admisiones, pero con presiones considerablemente más altas. Así, se mantiene un valor constante de GIN. Al mantener el Valor GIN constante durante el proceso de inyección, se obtiene un alcance casi constante de la ínyecci6n, y se limita casi automáticamente el volumen en una fisura abierta y amplia, pero permitiendo que aumenten las presiones en zonas con fisuras más apretadas y menos inyectables. También se eliminan las combinaciones de baja presión con baja admisión, lo que inyectaría inadecuadamente las fisuras finas. Al trazar un valor GIN constante en un gráfico de presión versus volumen se obtiene una curva hiperb6lica: mientras más alta la intensidad de inyección o valor GIN, mayor es la distancia de la curva al origen. Así, la curva GIN completa el ingrediente faltante para juntar los otros dos límites discutidos en las secciones previas: la línea de límite de volumen y la línea límite de presión. La combinación de los tres entrega la envolvente límite para la inyección.
6.3 Envolventes Límites para Diferentes Intensidades de Inyección En la Figura 1, se muestran las trayectorias p versus V de tres tipos de fisuras. La curva 1, que representa una fisura de gran abertura, muestra un volumen creciente de mezcla inyectada con sólo un leve aumento de la presión. La curva 2 representa una fisura promedio, donde la presión aumenta gradualmente a medida que el volumen de la mezcla inyectada aumenta; s6lo en el punto a’ la presi6n sube más rápidamente a medida que la resistencias a la penetraci6n de la mezcla aumenta en forma no proporcional. La curva 3 representa una fisura cerrada, donde
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la presión de inyección aumenta rápidamente con sólo pequeñas admisiones de mezcla. Igualmente la curva 4 representa una fisura extremadamente cerrada con muy poca admisión a pesar de la alta presión de inyección. La Figura 2 ilustra cinco envolventes límites sugeridas para distintas intensidades de inyección. El valor GIN, el límite de presión y el límite de volumen son, de hecho, tres parámetros más o menos independientes que definen la envolvente límite para la inyección. En la definición propuesta están relacionados entre sí, pero no necesitan estarlo. La envolvente de más arriba representa una alta intensidad de inyección con un valor GIN de 2500 bares*l/m, una muy alta presi6n límite de 50 bares y un alto volumen límite de300 l/m. La envolvente más baja representa una muy baja intensidad, con un valor GIN de 500 bares-l/m, una presión máxima de 15 bares y un volumen límite de 100 1/m. Para la mayoría de las condiciones, los autores recomendarían la envolvente de intensidades moderada con un valor de 1500 bares*l/m, una presión límite de 30 bares y un volumen límite de 200 l/m. Para zonas geológicamente críticas (cerca de la superficie y en pendientes muy agudas) podría aplicarse la curva más baja. De la combinación de las Figuras 1 y 2 se puede entender fácilmente que el proceso de inyección se detendrá en diferentes puntos dependiendo del valor elegido para la envolvente de inyección. Para la curva 1 (Figura 1) la inyección se terminaría en el punto a para una baja intensidad de inyección, debido al límite de volumen de 150 l/m con una presi6n resultante de 3 bares. Sin embargo, si el proyectista hubiera especificado la envolvente de intensidad moderada, la inyección continuaría hasta el punto b, con un límite de volumen de 200 1/m, nuevamente con una presi6n final de aproximadamente 3 bar. Si se hubiera elegido una inyección de alta intensidad, la inyección continuaría al punto c, con el límite de volumen de 250 l/m, con una presi6n final de aproximadamente 6 bar. Finalmente, si se hubiera elegido la intensidad más alta, la inyección continuaría al punto d; la trayectoria no terminaría en el límite de volumen, sino que al intersectar la curva GIN en 2500. En este punto, el .volumen total inyectado sería de 285 l/m y la presión final de inyección sería de 9 bares. Así, habría un rango de volumen inyectado de 150 a 285 l/m y un rango de presión de inyección final de 3 a 9 bares dependiendo del GIN especificado. Para la curva 2 (Figura 1) el volumen inyectado en el punto a’ sería aproximadamente 60 l/m, y la presión de inyección final sería 13 bares. Si la inyección hubiera continuado al punto d’, .representando una intensidad muy alta (pV = 2500), la admisión hubiera aumentado sólo a 901/.m, pero la presión hubiera llegado a los 28 bares, considerablemente menos que el valor límite de 50 bares. Igualmente, para la curva 3, la inyección se detendría en cualquier punto entre a” y d” dependiendo de los criterios GIN previamente elegidos y del límite de presión. La porción x-y representa un ejemplo de un evento de hidrofractura o de hidrohendidura, donde una diaclasa o un plano de estratificación se abre súbitamente causando una caída de presión y un aumento en la tasa de absorción. Se podría continuar inyectando con bajas tasas para tratar de llegar a la curva GIN seleccionada, pero si aumentara la presión, probablemente habría otro evento de hidrofractura a casi la misma presión o un poco más alta. Es cuestionable si se debiera continuar con la inyección bajo estas circunstancias. Sin embargo muchas veces se ha
continuado sin grandes problemas. En todo caso se llega tarde o temprano a la curva límite y se detiene la inyección.
6.4 Selección del Valor GIN El proyectista de la presa y su equipo geotécnico y de inyección, deben elegir el valor GIN para la cortina de inyección diseñada. Aunque los autores recomiendan un valor GIN moderado de 1500 bars*l/m como partida, se deben considerar puntos tales como las condiciones geológicas, el valor de las futuras pérdidas de agua y las subpresiones después del llenado. Los límites superiores de presión y de volumen también pueden ser modificados por los proyectistas y los ingenieros de control de terreno para los casos especiales. Probablemente el mejor enfoque es realizar en una o dos secciones pruebas de inyección antes de elegir las envolventes límites de inyección. El límite superior de presión puede ser menor en los empotramientos que el seleccionado para el fondo del valle, debido a las diferencias en la profundidad del embalse. Una meta interesante sería fijar una presión límite de por lo menos dos veces la presión del embalse, pero podría ser difícil lograrla sin inducir una hidrofractura indeseable.
4
3
2
1
Figura 1:
Ejemplo de Curvas de Trayectoria de Inyecciones
1
4
3
2
5
Figura 2: Proposición de Envolventes Límites de Inyección
7.
INYECCIÓN CONTROLADA POR COMPUTADOR
7.1 Generalidades Ya que los computadores personales pueden instalarse y operarse fácilmente en el sitio mismo de la inyección, hoy existe la posibilidad de tener un control en tiempo real del proceso inyección. El sistema tiene que permitir leer continuamente solamente dos valores: la presión de inyección real p y el gasto q, con lo que se puede obtener el volumen acumulado V por unidad de largo (inyectado desde el comienzo de la inyección de1 intervalo en cuestión) mediante integración. Si se desea se puede medir directamente el volumen. V de mezcla inyectada y el gasto q se puede obtener por derivación. A partir de los dos valores medidos de p y q, se pueden mostrar y plotear gráficos de tiempo en la pantalla del monitor (por ejemplo, presión, gasto, volumen acumulado y penetrabilidad versus tiempo). La Figura 3 muestra esta serie de gráficos. Llama la atención la curva (d) que representa el flujo especifico (q/p) o penetrabilidad (es decir, el gasto dividido por la presi6n) versus el tiempo. Esta curva muestra claramente el llenado progresivo de los huecos y fisuras y la formación de resistencia a la inyección, causada principalmente por el aumento de las fuerzas de cohesión a medida que el flujo de la inyección se extienda a lo largo de las fisuras en la roca. Un evento de hidrofractura se observa claramente a través de la presencia de un peak muy agudo en el gráfico.
a
c t
t b
d
t
t
Figura 3: Proceso de inyección de una etapa: ( a ) presión de inyección; ( b ) flujo de la mezcla de inyección; ( c ) volumen absorbido; y ( d ) penetrabilidad, todos versus el tiempo. 0 = comienzo de la inyección; H = Hidrofractura; y F = término de la inyección.
7.2 Las curvas GIN y de Penetrabilidad - Volumen como Controles Prácticos de la Inyección. La Figura 4 muestra los principales gráficos de control que puede generar el computador. Estas curvas se pueden utilizar para controlar el proceso de inyección. La Figura 4 (a) muestra la envolvente límite de inyección que se ha elegido para el proyecto (o para una zona dada del proyecto), incluyendo la presión límite p max , el volumen límite V max por unidad de longitud y la curva hiperbólica GIN seleccionada. Esta envolvente puede escribirse en el programa y se puede mostrar en el momento que se requiera. En general, estas curvas envolventes límite se conocen simplemente como curvas GIN. La curva irregular 2 que se muestra en la Figura 4 (a) representa la trayectoria real de inyección, graficada en pequeños incrementos de tiempo, de la presión instantánea de ínyecci6n versus el volumen acumulado de mezcla por unidad de longitud. La curva de la trayectoria de inyección, intersecta la curva GIN en el punto F y la inyección se detiene con e1 gasto “cero”, con una presión final p F y un volumen unitario total acumulado de mezcla inyectada V F. La Figura 4 (b) también es una importante curva de monitoreo en tiempo real. La penetrabilidad q/p se grafica versus el volumen acumulado de inyección en vez de hacerse versus el tiempo como se muestra en la Figura 3 (d), entregando, sin embargo, el mismo tipo de curvas. A medida que se desarrolla la inyección, se ve normalmente una disminución en la penetrabilidad, indicando que la eficiencia de inyección está disminuyendo. Así, con una presión constante de inyección, el gasto disminuye o si se mantiene un gasto constante (casi hasta el final), la presión de inyección aumenta. Cuál de estas combinaciones emplear depende del tipo de bomba y de los elementos de la operación de inyección (Tuberías, válvulas, etc.). El descenso de la curva penetrabilidad-volumen indica que el de inyección está ocurriendo normalmente. Se debe monitorear y controlar la presión de inyección para detener el proceso en los límites de inyección de la curva GIN . Como se especificó en la secci6n previa, la trayectoria de inyección encontrará la curva GIN en diferentes puntos en función de la abertura de las fisuras de la roca (la fisura amplia cerca del punto B y las fisuras finas cerca del punto A, Fig. 4a). A medida que la trayectoria de inyección avanza hacia la curva GIN, el gasto inyectado debería ser lo más bajo posible, 3 compatible con la penetración de la mezcla (por ejemplo, 500 l/h, es decir 17,6 pie /h o 2,2 gals/min). La experiencia ha demostrado que estos distintos gráficos son de gran utilidad para controlar el proceso de nyecci6n en eficaz y continua.
(a) Curva GIN y Trayectoria de Inyección
A
Pmáx.
1 Pf
2
B VF
Vmáx. (b) Curva de Penetrabilidad
q/p
3 Volumen (V)
VF
Figura 4:
Proceso de inyección de un tramo de perforación (Típico), donde: 1 = curva límite, presión versus admisión; 2 = Trayectoria real de inyección, presión versus admisión 3 = penetrabilidad (q/p) versus admisión. F = punto final de inyección; pF =presión final de inyección; y V F = admisión real.
8. 8.1
APLICACIÓN A LAS CORTINAS DE INYECCIÓN Generalidades
Tal como ha sido presentado el método GIN, se han desarrollado consideraciones principalmente para un solo tramo o etapa de inyección. El método también se aplica a todos los tramos de perforación de inyección y a todas las perforaciones primarias e intermedias. El procedimiento de inyección por perforaciones alternadas en una cortina de inyección lineal, es un método eficiente y probado, con un razonamiento teórico s ólido detrás. En algunas rocas altamente permeables y con huecos (flujos de lava, algunas calizas, areniscas fracturadas), se han ejecutado cortinas de inyección de tres líneas. La línea de aguas abajo se inyecta primero, luego la línea de aguas arriba y finalmente la línea central. Las dos líneas exteriores se consideran como líneas barreras, y a menudo se inyectan sólo las perforaciones primarias y secundarias a fin de rellenar la mayoría de las fisuras o huecos más grandes. Luego, la línea central se puede tratar como cortina normal monolineal, con perforaciones primarias a terciarias, e incluso con perforaciones cuaternarias y quinarias si es necesario. En el método de inyección por perforaciones alternadas, las perforaciones primarias rellenarán y sellarán parcial o totalmente sólo las fisuras más grandes. Nuevamente, en la siguiente serie de perforaciones secundarias, sólo se sellarán las fisuras más grandes que no se hayan sellado en la primera serie, y así sucesivamente. En la Figura 5, la probable posición final de las perforaciones primarias, secundarias, terciarias y adicionales (perforaciones cuaternarias o de chequeo) se grafican en la curva GIN. El volumen promedio de mezcla absorbida disminuirá de serie en serie, aunque, obviamente, la presión promedio de la inyección final aumentará consecuentemente de serie en serie. Esto sucede automáticamente cuando se sigue el procedimiento GIN.
Con un espaciamiento de 10 a 12 m en las perforaciones primarias, es probable que se requieran series secundarias y terciarias. Las perforaciones terciarias estarían de 2,5 a 3 m de distancia de la perforación adyacente más cercana; estas perforaciones podrían ser más cortas, dependiendo de la geología y de los resultados de las perforaciones secundarias. Las perforaciones cuaternarias podrían o no ser necesarias. Por lo menos algunas pudieran requerirse para ser utilizadas como perforaciones de chequeo para realizar pruebas Lugeon, para ver, si se ha logrado una permeabilidad aceptablemente baja en el macizo rocoso; para una cortina hermética, los requerimientos pueden ser tan severos como que el 90 % de todas las -5 pruebas deban tener un Lugeon o menos de un Lugeon (1 x l0 cm/s), sin valores mayores que 3 Lugeons.
8.2
Relación entre el Espaciamiento de las Perforaciones y el Método GIN.
Es obvio que debe existir una relación entre el espaciamiento de las perforaciones y el GIN requerido. Por ejemplo, si el espaciamiento primario es demasiado grande y el GIN seleccionado es demasiado bajo, no habrá una disminución significativa de la admisi6n desde la serie primaria a la secundaria, o incluso a la terciaria. En tal caso, no se pueden dar garantías de obtener una cortina eficaz, aunque se hayan gastado considerables sumas en la perforación y en la inyección. Si el espaciamiento de las perforaciones primarias es demasiado pequeño o si el GIN es muy alto, las admisiones, después de las primeras series, serán muy bajas y en particular las perforaciones terciarias serían superfluas. El GIN también está relacionado con la distancia que recorre la mezcla y, por lo tanto, con el espesor de la cortina o “pared” de inyección. Una regla práctica es seleccionar los valores de GIN y el espaciamiento de tal forma que el volumen de inyección por metro de tramo inyectado se reduzca de una serie a otra en alrededor de 50% (en un rango de 25 a 75 por ciento). Tal comportamiento permitiría confiar que se está produciendo el cierre progresivo de la cortina. Se pueden utilizar una o más secciones de prueba durante la fase de diseño o durante la primera parte del contrato de inyección para definir mejor el espaciamiento óptimo de las perforaciones primarias y el valor GIN.
8.3
Criterios de Cierre
Si las trayectorias de inyección de las perforaciones de la última serie (por ejemplo, la serie terciaria) no llegan a la línea de presión límite superior para el GIN seleccionado (y preferentemente en la mitad izquierda de esta línea), se deberían inyectar perforaciones adicionales a cada lado de aquellas perforaciones que no cumplan con el criterio establecido. Así todas las partes de la cortina (aunque no todas las perforaciones primarias, secundarias y terciarias) habrán sido inyectadas a la presión límite máxima de inyección con absorciones de mezcla razonablemente bajas (por ejemplo, menos de 25 kg/m o 0,18 sacos/pie). Si se ha realizado una selección no óptima del es paciamiento de las perforaciones, el método de inyección propuesto es hasta cierto punto, un procedimiento que se regula a sí mismo. Esto como resultado del empleo del método de inyección perforaciones alternadas, de la curva GIN, y del requerimiento para que la última serie de perforaciones alcance el límite de presión con un mínimo de admisión.
Figura 5:
Ejemplo de los resultados de la Inyección para una Cortina de Inyección. Puntos finales de las trayectorias de inyección de todas las perforaciones de inyección (típica).
Como conclusión, se estima que si se siguen los conceptos o reglas presentados, se puede lograr una distribución relativamente óptima del volumen de inyección total a lo largo de la cortina de inyección. El procedimiento toma en cuenta, casi automáticamente, las irregularidades de las condiciones geol6gicas del macizo rocoso. Al hacerlo, se puede maximizar el costo beneficio de la cortina de inyección.
9.
PRINCIPALES PUNTOS DEL MÉTODO GIN
Varios conceptos y procedimientos son fundamentales al aplicar el método de inyección GIN . Ellos se resumen más abajo en cuatro subtítulos.
9.1
Conceptos Básicos
-
Utilizar solamente mezclas de inyección estables, moderadamente gruesas: (a) para reducir la sedimentación y el bloqueo prematuro; y, (b) para obtener una mezcla endurecida, densa y resistente.
-
Utilizar en lo posible, una sola mezcla Para todo el trabajo de inyección:(a) para proveer un solo fluido Bingham con propiedades conocidas; (b) para simplificar el procedimiento de inyección, mejorando así la eficiencia y reduciendo errores.
-
Utilizar la curva GIN para monitorear la presión de inyección; (a) para permitir que se aplique alta presión donde se necesite; y, (b) para evitar altas presiones donde pudieren ser dañinas o ser desperdiciadas.
-
Controlar el proceso mediante un computador de terreno: (a) para seguir el curso en tiempo real, de la presión y el gasto; (b) para graficar la trayectoria de inyección p-V en la curva GIN seleccionada; y, ( c ) para determinar el termino de la inyección utilizando el recorrido de inyección p-V y la curva de penetrabilidad - volumen.
9.2
Diseño de la Mezcla
-
Utilizar aditivos para obtener las características deseadas de la mezcla: (a) superplastificantes para reducir la cohesión y viscosidad de la mezcla, para aumentar la penetrabilidad. de la inyección; y, (b) posiblemente un agente retenedor de agua para reducir la pérdida de agua durante el paso por vías estrechas, con menos vías de penetración.
-
Llevar a cabo una serie de pruebas completas de laboratorio, con bastante antelaci6n, con varias mezclas de inyección, con una raz6n agua: cemento (en peso) desde 0, 7: 1 hasta 1:1. Esto con el objeto de: (a) probar diversos cementos con distintos módulos de finura; (b) probar distintos aditivos con distintas concentraciones; y, (c) obtener valores del peso específico de las mezclas de inyección, viscosidad aparente en cono Marsh, sedimentación a las 2 horas, cohesión, tiempos del fraguado inicial y final, resistencia a la compresión a los 7 y 28 días, y pérdida de agua en la prueba de "estruje" en el filtro prensa.
9.3
Disposición de las Perforaciones de Inyección
Adoptar el método de distribución alternada de perforaciones primarias a terciarias o cuaternarias; (a) para proveer una cobertura uniforme mínima en todas partes; y, (b) para permitir ubicar perforaciones menos espaciadas cuando lo indiquen las condiciones geol6gicas y los resultados de la inyección. Conducir pruebas de inyección en terreno ya sea durante la fase de diseño final de la presa o durante la primera parte de la fase de construcción; para: (a) ensayar diversas zonas de un terreno que presenten distintas condiciones geol6gícas o topográficas (por ejemplo, en el fondo del valle o en cada empotramiento); (b) seleccionar el espaciamiento óptimo de las perforaciones primarias, para que más tarde las perforaciones secundarías y terciarias muestren una disminución continua de la ínyecci6n, de 25 a 75 por ciento por serie (considerar un espaciamiento preliminar de perforaciones primarias de 10-12 m); y, ( c ) permitir examinar las diferentes curvas GIN (por ejemplo, graficando el recorrido de inyección p-V para cada etapa de inyección anticipada o hasta el primer, o incluso segundo evento de hidrofractura).
9.4
Controles de Terreno
Definir los elementos de control de la curva GIN a partir de los resultados del programa de pruebas de inyección y de cualquier consideración especial de ingeniería, de mecánica de rocas o geología: (a) para asegurar que los límites de volumen y presión sean razonables para las características geológicas existentes; y, (b) para evaluar la necesidad de tener diferentes valores GIN en distintos sitios de la obra. Inyectar en primer lugar una perforación primaria de cada cuatro, como perforaciones exploratorias de inyección, excepto en las áreas de pruebas previas de inyección: (a) para tener una mejor definición de las condiciones geológicas y de la napa freática del área (mediante perforaciones con extracción de testigo y pruebas Lugeon de presión de agua a una profundidad igual a la futura altura de la presa sobre el punto en cuestión); (b) para permitir la selección final de la
profundidad de perforación para el resto de las perforaciones primarias (probablemente un rango de profundidad de 0,5 a 0,8 de la altura de la presa; y, ( c ) para asegurar que la curva GIN seleccionada sea la adecuada. Controlar el proceso de inyección mediante computador en terreno utilizando la curva GIN y la curva de penetrabilidad: (a) para permitir monitorear en tiempo real el recorrido de la inyección; y, (b) para permitir anticipar el término de la inyección a partir de la curva descendente de penetrabilidad y a partir de la aproximación de la trayectoria de inyección p versus V, a la curva de control GIN (incluyendo las partes correspondientes a los límites de volumen y de presión de la curva).
Pre-inyectar agua antes de inyectar cualquier etapa sobre la napa freática, para saturar parcialmente la roca a fin de reducir el riesgo de pérdida de agua de la inyección con un bloqueo prematuro. Utilizar pruebas de presión de agua Lugeon sólo en las perforaciones primarias exploratorias y en las perforaciones de inyección de chequeo para comparar las permeabilidades iniciales y finales del macizo rocoso. Resumir los resultados de inyección mediante métodos gráficos adecuados, para asegurar un cierre progresivo de las fisuras de la roca, con una permeabilidad residual resultante aceptablemente baja.
10. EJEMPLO Durante la última década, este procedimiento de inyección se introdujo, paso a paso, en 12-13 numerosos lugares de Argentina, Austria , Ecuador, Méjico, Suiza y Turquía. En el futuro próximo, el método continuará utilizándose en proyectos concretos. La inyección en curso en la presa Aquamilpa en Méjico, se puede mencionar como un ejemplo sobresaliente. Esta presa de 180 m de altura, de propiedad de la Comisión Federal de Electricidad, será la presa de enrocado, con pantalla de hormigón, más alta del mundo. El llenado del embalse comenzará durante 1993. Actualmente se está utilizando el método GIN para consolidaci6n de la roca bajo el plinto de hormigón y para la cortina de inyección profunda. después de extensas pruebas de laboratorio y de terreno, se seleccionó una sola mezcla “normal” tenía las siguientes características: -
Cemento:
Cemento puzolánico fino, valor Blaine cerca de 5100 2 cm /g;
-
Razón agua-cemento:
0,9:1 (algo más alto que lo usual debido al alto valor Blaine);
-
Superplastificante:
1,6 por ciento del peso del cemento de Síkament NZ;
-
Densidad de la mezcla:
1,50 a 1,55 gr/cm3;
-
Decantación:
por ciento en 2 horas;
-
Tiempo de flujo cono Marsh:
28 a 32 segundos;
-
Cohesión relativa (C/D):
0,08 a 0,2 mm, aumentando de 0,2 a 0,3 en 2 horas; y
-
Resistencia mezcla endurecida: 9 a 10 MPa a los 7 días y 13 a 17 MPa a los 28 días.
Corresponde a una mezcla estable, pero muy fluida, con altas propiedades de penetrací6n durante la primera hora y excelente resistencia tanto mecánica como contra el lavado (erosión). Para la cortina de inyección, se especifica lo siguiente como regla: -
Procedimiento: tramos ascendentes de 5 m;
-
Se comienza con las perforaciones primarias, con una distancia de 24 m entre sí;
-
Se agregan perforaciones adicionales si la admisión es mayor que 25 l/m;
-
El macizo rocoso (sobre la napa freática) debe estar saturado durante 1 hora a una presión de 2 bares inmediatamente antes del comienzo de la inyección de cada tramo de 5 m.
-
La intensidad. de inyección debe ser 2500 bares*1/m (se reduce a 1500 bajo el plinto);
-
Límite de presión máxima: 40 bars (se reduce a 10 bares cerca de la superficie y aumenta a 40 bares a 20 m de profundidad, y también se reduce adecuadamente en puntos geológicamente delicados);
-
Límite de admisión máxima: 400 l/m, es decir, 2000 litros por cada tramo de 5 m (se reduce localmente a 300 l/m); y
-
Criterios de detención de inyección:gasto menor que 3 l/m/min por cada tramo de 5 m a la presión final de inyección.
Estas especificaciones son fáciles de manejar en terreno, especialmente porque se utiliza una sola mezcla de inyección. Por ejemplo, la Figura 6 muestra el recorrido de inyección de consolidación bajo el plinto. Las lecturas se hicieron intermitentemente a intervalos de aproximadamente 5 minutos, ya que no existía un monitoreo con PC. En la parte superior (Fig. 6ª), se grafican los recorridos de la presión p y del gasto q versus el volumen de mezcla inyectado V. El recorrido de la presión puede compararse con el valor límite GIN. El objetivo de la inyección fue lograr una intensidad de 1500 bares*l/m, sin embargo se llegó a una intensidad de 2510 bares*l/m, y se excedió levemente el volumen límite de 300 l/m. Este exceso fue causado debido a un retardo en la transmisión desde el sitio de inyección al operador de la bomba, o por una reacción lenta del operador de esta última (esto indica la necesidad de tener un monitoreo continuo en tiempo real y una pantalla de computador y también tener una desconexión automática de la bomba cuando se llega a la curva de control GIN). En la parte inferior (Fig. 6 b), se grafica nuevamente la penetrabilidad versus el volumen de admisión V. Al comienzo del proceso de inyección, la penetrabilidad aumenta (de 0,2 a 0,5 l/min*m*bars) debido a la progresiva abertura de las discontinuidades del macizo rocoso. Después de una admisión de 200 l/m, la penetrabilidad disminuye en forma bastante regular hasta cero para un volumen de 320 l/m. En realidad, el proceso de inyección se detuvo justo antes de llegar a este valor. Se piensa que algunas de las irregularidades que se muestran en la curva de penetrabilidad son causadas por el redondeo de lagunas de las lecturas realizadas por los operadores. También es probable que hayan ocurrido dos o más eventos de hidrofractura y que no hayan sido captados en el monitoreo intermedio.
) r a b n i
m m / l ( d a d i l i b a r t e n e P
Figura 6: Presa Aquamilpa, Méjico. Perforación 674.P, etapa 17 – 22m, inyectada el 3 de Diciembre de 1992: (a) presión p y gasto q versus admisión y línea límite de intensidad de inyección; (b) penetrabilidad (q/p) versus volumen.
11. COMPARACIÓN CON LA INYECCIÓN COMÚN Un proceso de inyección “tradicional” consiste en definir una presión de inyección y el empleo de distintos tipos de mezclas, por ejemplo, mezclas con razones agua: cemento cada vez menores (4:1, 3:1, 2:1, 1:1 y así sucesivamente). El cambio de la mezcla tiene lugar ante volúmenes determinados de la mezcla absorbida por la perforación. Es obvio que la cohesión de estas mezclas aumenta de una a otra y que en algún punto, la mayor resistencia de cohesión al flujo y penetración detendrá el proceso de inyección. Con el método GIN, sólo se utiliza una mezcla; consecuentemente, la cohesión es una constante. A medida que la mezcla se distribuye por las fracturas, su contacto con las paredes de las fracturas aumenta y también aumenta su resistencia total al flujo debido a la cohesión. Consecuentemente, se deben utilizar mayores presiones para superar la resistencia al flujo. Este es un fenómeno físico normal y esperado. El método GIN permite que el proceso de inyección continúe bajo presiones gradualmente en aumento, hasta llegar a uno de tres valores límites: presión límite, volumen límite, o una combinación de volumen y presión representada por la curva p*V especificada. Existen otras diferencias entre los dos métodos tradicionales y el procedimiento GIN: el método GIN siempre usa sólo la mejor mezcla posible con respecto a la resistencia, durabilidad y resistencia a la erosión por flujo de agua. El método GIN evita el inyectar grandes volúmenes de agua en la forma de mezclas delgadas; el uso de una mezcla estable evita o reduce significativamente el riesgo de dañar la roca por hidrofractura; se reducen en gran medida los errores en el proceso de inyección y, el proceso de inyección es más simple y más rápido, ya que no se pierde tiempo cambiando la mezcla.
12. RESUMEN Y CONCLUSIONES El proceso de inyección requiere un bombeo regular de la mezcla a una velocidad baja a mediana, con un lento aumento de la presión a medida que la mezcla penetra más hacia interior del macizo rocoso. Se detiene la inyección cuando volumen inyecta alcanza un valor límite especificado para un intervalo de inyección determinado, cuando la presión de inyección alcanza el valor límite previamente seleccionado o cuando se ha logrado una intensidad dada de inyección en una posición intermedia, menor que los valores límites de volumen y presión, juzgado de acuerdo a la curva GIN previamente seleccionada. La distancia de la curva al origen está en función d ela energía gastada en la inyección. Se puede preparar una familia de curvas para diferentes intensidades de inyecció, desde una muy baja hasta una muy alta. Se podría elegir una sola curva de intensidad para el proyecto, o se podría utilizar dos; por ejemplo, una intensidad alta para la inyección en el valle una intensidad baja para los taludes de poca altura en los empotramientos o en las zonas geológicamente débiles. Por lo tanto, la envolvente límite completa consiste en la línea de presión límite (en el rango de 15 a 50 bares), la línea de volumen límite (en el rango de 100 a 300 litros por metro de intervalo inyectado) y una curva GIN seleccionada que conecta las dos líneas límites (con valores GIN variando desde muy bajos a muy altos, por ejemplo, 500 a 2500 bares*l/m). El método GIN requiere de un estrecho monitoreo mediante gráficas computacional con curvas en tiempo real de la presión versus tiempo, gasto de inyección versus tiempo y volumen total inyectado versus tiempo, además de la curva de penetrabilidad derivada (gasto dividido por presión, q/p) versus tiempo. Esta última curva es de particular importancia, ya que señala la proximidad al rechazo de inyección, o por lo menos señala una disminución de las absorciones. El método GIN ha probado ser una herramienta muy útil para el diseño y control de los trabajos de inyección. Su uso creciente debería mejorar los trabajos de inyección en estructuras hidráulicas. Ya que es flexible con respecto a la presión límite, al volumen límite de inyección y al valor GIN que se debe lograr, es probable que la experiencia obtenida en los actuales y futuros proyectos lleve a refinamientos adicionales al método.
