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= V/t en un tramo de sondeo de longitud (L) a una presión (Ht).

Con este ensayo se busca tener una idea de la permeabilidad en grande, es decir, la debida a las fisuras de la roca o del material granular cementado en estudio.

Supongamos una perforación invadida hasta una cierta profundidad, a partir de esta se perforan unos 5 metros y luego 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.

Imágen1. Montaje Ensayo Lugeon

Tomada de: http://ussdams.com/proceedings

El ensayo es hecho en cinco estados, en los cuales la presión con la que el agua es inyectada, varía entre cada uno de ellos. Antes de empezar, se define la presión máxima que va a ser utilizada, esta no debe exceder la presión de confinamiento esperada de la profundidad de la perforación; sobre esta presión máxima se trabaja durante el ensayo para no generar fracturas en la roca a causa de la presión generada por el agua.

Cada estado consiste en bombear cuanta cantidad de agua sea necesaria para mantener definida y constante la presión de la misma, ésto se hace, generalmente, en intervalos de 10

minutos. Esta presión es incrementada en cada estado subsecuente, hasta llegar a la presión máxima ya establecida. Una vez ésta es alcanzada, la presión del agua debe ser reducida pasando por las mismas presiones de los estados anteriores.

Los cinco estados son :

Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5Bajo     0.50*PMAX Medio

0.75*PMAXMáximoPMAX

Medio 0.75*PMAX

Bajo    0.50*PMAX

Siendo PMAX la presión máxima definida a la cual el agua debe ser inyectada.

La prueba Lugeon, o ensayo Lugeon, es un ensayo que se hace en el campo para estimar

la permeabilidad del suelo. Se aplica principalmente en rocas fracturadas. 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  , en un tramo de una longitud determinada

" ", a una presión constante  .1 2

En una perforación impermeabilizada hasta una cierta profundidad, a partir de esta se

perforan unos 5 metros y luego se fija un obturador neumático en la parte superior de este

tramo se inyecta agua a presión con una bomba. En la boca del pozo se controla la presión

con un manómetro. Un contador de agua y una válvula de descarga, permiten medir los

caudales inyectados a una presión dada mantenida constante.

Las mediciones se efectúan en 5 niveles de presión, en los cuales el agua es inyectada. Antes

de empezar, se define la presión máxima que va a ser utilizada, esta no debe exceder la

presión de confinamiento esperada de la profundidad de la perforación; sobre esta presión

máxima se trabaja durante el ensayo para no generar fracturas en la roca a causa de la

presión generada por el agua.

La presión máxima está relacionada con el objetivo de la prueba, por ejemplo para evaluar las

pérdidas por infiltración en un embalse a ser creado.

Para cada nivel de presión, el ensayo consiste en bombear la cantidad de agua que sea

necesaria para mantener constante la presión en la zona de ensayo. Esta presión es

incrementada en cada nivel subsecuente, hasta llegar a la presión máxima ya establecida.

Una vez ésta es alcanzada, la presión del agua debe ser reducida pasando por las mismas

presiones de los estados anteriores.

Los cinco estados son :

Estado 1 Estado 2 Estado 3 Estado 4 Estado 5

Bajo Medio Máximo Medio Bajo

0.50*PMAX 0.75*PMAX PMAX 0.75*PMAX 0.50*PMAX

Siendo PMAX la presión máxima definida a la cual el agua debe ser inyectada.

La permeabilidad se determina con la fórmula:

Donde:   radio de la perforación de prueba

Habitualmente la permeabilidad se mide en "Lungeones", unidad así denominada en

homenaje al geólogo Maurice Lugeon.

1 Lugeon = a la permeabilidad que absorbe un caudal de 1 litro por minuto, por cada

metro de sondeo permeable inyectado a presión constante de 1 MPa, con un tiempo

de 10 minutos.2

El ensayo de Lefranc

Lefranc se utiliza en suelos permeables o semipermeables, de tipo granular, situados por debajo del nivel freático, y en rocas muy fracturadas.

Existen dos métodos para realizar el ensayo de Lefranc:

Nivel constante: primero se debe saturar el suelo hasta que el aire de los vacíos sea expulsado, lo cual permitirá lograr una infiltración más uniforme en el suelo, lo que conllevará a poder introducir un caudal conocido de manera que se mantenga un nivel constante dentro de la perforación. Cuando se estabiliza este proceso, con la medida conocida del caudal introducido, la longitud y el diámetro de la perforación, es posible calcular la permeabilidad de dicho suelo.

 El caudal de admisión debe medirse cada 5 minutos, siempre logrando mantener el nivel constante dentro del sondeo durante aproximadamente 45 minutos.

Para conocer la permeabilidad en el macizo rocoso, se tiene entonces la ecuación: 

Donde:

               k: permeabilidad.

               Q: velocidad constante del flujo en la perforación.

               L: longitud del tramo ensayado.

               Ht : presión de sobrecarga a la profundidad del ensayo/ peso especifico del agua.

                r: radio de la perforación de prueba.     

Es común para este ensayo expresar la permeabilidad del macizo rocoso en lugeons. Un

Lugeon (Lg) es una unidad equivalente a 1 litro por minuto y metro, bajo una presión de 10

kg/cm2; esto es aproximadamente igual a        1 × 10 -7 m/s. Es una unidad pequeña, y valores

menores de un Lg indican en la práctica terrenos poco permeables.

Ensayo LefrancEl ensayo Lefranc es uno de los ensayos de permeabilidad, in situ, que se aplica con mayor frecuencia. Consiste en introducir, o bombear agua desde un sondaje, donde la cavidad es mantenida constante, a una determinada profundidad. Se aplica principalmente a suelos sueltos. Para suelos rocosos fracturados se utiliza, para el mismo fin, elensayo Lugeon. Existen dos modalidades, con presión constante, o, con presión variable.1

Índice

  [ocultar] 

1   Ensayo con carga hidráulica constante 2   Ensayo con carga hidráulica variable 3   Referencias 4   Véase también

Ensayo con carga hidráulica constante[editar]

En el ensayo con carga hidráulica constante se introduce o bombea en un pozo de sondeo el caudal necesario para mantener, en el pozo que se está verificando, a un nivel constante. La interpretación del ensayo se basa en algunas hipótesis que simplifican el problema, pero que no afectan sustancialmente el resultado. Las hipótesis son: (i) se trata de un flujo laminar, (campo de aplicación de la ley de Darcy); (ii) que el medio es isotrópico y homogéneo; y, (iii)

que se trata de un régimen permanente. En estas condiciones el caudal   es proporcional a la permeabilidad, representada por el coeficiente de permeabilidad  , y a la carga hidráulica  , es decir:

Donde   es un coeficiente característico de la cámara filtrante.

La carga hidráulica está dada por la altura del agua en el agujero, por encima del nivel freático (la carga se considera nula antes del ensayo). La posición del nivel freático, sin embargo, no siempre puede determinarse con precisión, lo que dificulta la determinación confiable del coeficiente de permeabilidad.

Para minimizar el error en el cálculo del coeficiente de permeabilidad es conveniente que se pueda garantizar con una buena aproximación la forma de la cavidad, preferentemente cilíndrica, sea utilizando un tubo perforado en el tramo a ser analizado, lo que garantiza también la estabilidad de las paredes durante el ensayo, permitiendo la entrada del agua al estrato a ser analizado sin grandes pérdidas de carga. Otra forma de garantizar la

permanencia de la cámara de infiltración es introduciendo grava gruesa en el pozo y retirando el revestimiento hasta la altura deseada. Frecuentemente el estrato de acuífero que se ensaya tiene una longitud entre 0.5 y 1.0 m.

A Continuación se dan los coeficientes de forma de la cámara filtrante, correspondiente a alguna de sus configuraciones posibles:

superficie filtrante limitada al fondo circular del diámetro interior de la perforación donde   es el radio de la perforación.

superficie filtrante asimilable a una esfera de radio   = al radio de la perforación.

superficie filtrante conformada por un tramo filtrante del recubrimiento de la perforación de longitud   y de diámetro  , igual al diámetro de la perforación.

en el caso de que   >>  , la fórmula anterior se transforma en:

Ensayo con carga hidráulica variable[editar]

En el ensayo con carga hidráulica variable se introduce o se extrae un determinado volumen de agua en la cavidad de infiltración y se mide la variación del nivel piezométrico en el pozo a lo largo del tiempo. Este tipo de ensayo es, en general, utilizado para suelos poco permeables (k < 10-4 cm/s).

El coeficiente de permeabilidad k se determina mediante la expresión:

Donde:

 = coeficiente característico de la cámara filtrante.

 = sección transversal del pozo

 = carga hidráulica en el inicio del ensayo   ≠ 

 = carga hidráulica variable en función 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 pozo del cual se bombea y varios otros en los cuales se observe la posición del nivel del agua. Los pozos de observación se perforan a varias distancias del pozo de bombeo, siguiendo dos líneas rectas, una orientada aproximadamente en la dirección de la corriente natural del agua subterránea y la otra en ángulo recto a la primera. Una vez que se ha establecido el flujo, y los niveles del agua en todos los pozos 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. Para las condiciones sencillas que se ilustran en la fig. 2.3, que representan un manto horizontal de arena homogénea que se extiende de la superficie del terreno hasta un estrato impermeable, mismo que es atravesado en todo su espesor por el pozo de bombeo y por los pozos de observación,

 

en la que q es igual al gasto que atraviesa la frontera de cualquier sección cilíndrica que tenga un radio r y, por lo tanto, la cantidad de agua bombeada del pozo por unidad de tiempo. 

Tabla 2.1 Coeficiente de permeabilidad de los diferentes suelos. 

Figura 2.3. Ilustración del flujo del agua hacia un pozo durante una prueba de bombeo.

En la tabla 2.1 se han reunido valores aproximados del coeficiente de permeabilidad para

diferentes tipos de suelos, y el método recomendado para determinar estos valores. Como se

indica en la tabla, es difícil obtener valores seguros para los coeficientes de permeabilidad de los

suelos que contengan cantidades apreciables de limo o de arena muy fina. No existe un método

indirecto para calcular la permeabilidad de esos materiales, y las pruebas de laboratorio es

probable que sean extremadamente inseguras, a menos que las realicen técnicos

experimentados