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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.

 

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