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INSTRUCCIONES GENERALES SOBRE OPERACIONES DE CAMPO PARA EJECUTAR PRUEBAS DE PERMEABILIDAD TIPO "LEFRANC"

 

 

ANTECEDENTES

El procedimiento a seguir, así como el equipo necesario para su ejecución en las brigadas dependientes de la subdirección geología, se estandarizó para efectuar en el campo las operaciones de los ensayos Lefranc, así como la forma de llevar los registros y el cálculo.

 

 

CONSIDERACIONES GENERALES

Los estudios e investigación que se hacen para determinar la permeabilidad en el subsuelo de una boquilla o vaso, es un complemento de información necesaria, ya que la perforación de un pozo de muestreo no es suficiente para conocer el estado real del terreno. Es indispensable localizar en que perforaciones de reconocimiento se efectuarán los ensayos de permeabilidad, de las programadas para el estudio geológico de la boquilla y del vaso, ya que de preferencia deben hacerse las pruebas en estos sondeos.

La permeabilidad en la roca a través de grietas, fracturamientos y fisuras, se mide por medio de las pruebas Lugeon, pero cuando la naturaleza del terreno no permite hacer este tipo de ensayos, por ser granulares, se aprovecha su permeabilidad natural para que en la perforación se hagan pruebas Lefranc. En este tipo de pruebas efectuadas en capas de arena, limo, aluviones, escombros, etc., en los cuales la velocidad del flujo es lenta, la perforación debe quedar ademada y únicamente el tramo de prueba situado en la parte inferior de la tubería, quedará libre.

 

PERFORACIÓN

La perforación que es una de las condiciones más importantes para la ejecución correcta de una prueba Lefranc, se deberá hacer preferentemente con una perforadora rotatoria con broca de tungsteno, sin extraer corazones; o como último recurso, con máquina de percusión, siempre y cuando se pueda ir ademando la perforación. La broca deberá ser de preferencia, de tipo NX, o sea 7.6 cm. (3") de f ; en caso de usar otro diámetro, se deberá reportar para tomarlo en cuenta en la cuantificación del coeficiente de permeabilidad. Es indispensable que el procedimiento de perforación no modifique las condiciones naturales del terreno, por lo que se deberá evitar el uso del barro, bentonita o cementación en la protección de caídos, ya que con esto se taponarían los pequeños vacíos del material por probar. La perforación con agua es indispensable, aunque esta condición no es suficiente porque con cualquier perforadora de más o menos intensidad, los sedimentos de los cortes taponarían las paredes del pozo; sin embargo esto no se puede evitar.

 

 

Es conveniente 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 50 m para un tramo es conveniente, utilizando como límites la cámara filtrante del fondo de la perforación y la parte inferior del ademe. En la mayoría de los casos, la herramienta de perforación deja una cavidad uniforme debido a la cohesión del terreno, pero en algunas ocasiones se debe recurrir para mantener esta condición, al relleno de gravas gruesas, que dejan vacíos suficientemente grandes para que el agua de la prueba no pierda pérdida de carga considerable, o se puede recurrir al acondicionamiento de un tubo del mismo ademe, con perforaciones o ranuras, para que a través de ellas circule el agua, teniendo como única condición en este caso, que la superficie ranurada no sea menor del 15% de la superficie total del tubo, cuya longitud es la del tramo de prueba. Debido a la gran cantidad de condiciones que se presentan al realizar este tipo de ensayos, únicamente nos estamos refiriendo al caso en que se cuenta con una cámara filtrante definida. Para otros casos, se recurrirá a procedimientos especiales para formar la cavidad.


 

PROCEDIMIENTO

De acuerdo con la naturaleza del terreno, se pueden programar dos tipos de pruebas Lefranc: a) de flujo constante y b) de flujo variable. Las primeras se dividen en ensayos de inyección, de bombeo, de gasto constante y las segundas en ensayos de ascenso y descenso de la superficie del agua dentro del ademe de la perforación. Las pruebas de flujo constante consisten en determinar la permeabilidad de un tramo de la perforación, inyectando o bombeando del pozo un caudal constante de agua, determinando la profundidad a la que se estabiliza el nivel del agua con ese caudal, haciendo observaciones al hacer variar éste.
 
 

INYECCIÓN DE GASTO CONSTANTE

Los anexos 1 y 2 contienen el esquema de las instalaciones necesarias para ejecutar este tipo de prueba cuando se trata de inyectar pequeños volúmenes, o para grandes consumos. En general, consiste en un tanque, en el que la carga sea constante para el primer caso, o en una bomba con tanque de control de bombeo para el segundo. Además se requiere instalar una válvula de paso, una válvula de compuerta o globo para el control y un medidor de volúmenes, independientemente del cronómetro, la sonda eléctrica y los recipientes con medidas conocidas para hacer las comprobaciones del volumen que se esta inyectando.

 

 

En todos los casos de ensayos Lefranc, las pruebas se van efectuando a medida que avanza la perforación, es decir, una vez que la perforadora ha llegado a la profundidad de la parte inferior del tramo por probar, se levantará la barrena hasta el nivel superior, volviéndolo a bajar para comprobar si no se presentaron modificaciones por caídos en la cámara filtrante. Si esto sucede, se bajará el ademe hasta el fondo, vertiendo una cantidad de grava suficiente para cubrir la longitud del tramo. Inmediatamente se levantará el ademe hasta su posición original.

 

 

La prueba se inicia vertiendo agua dentro de la perforación, calibrando con la válvula de control hasta que el nivel se estabilice, con una carga de 10 m aproximadamente a partir del centro de la cámara filtrante. En ese instante se principiará a contar el tiempo de prueba, que por lo general es de 10 min. tiempo en que continuamente se estará comprobando con la sonda eléctrica que no varíe el nivel estable. Terminado el tiempo de prueba, se tomará en el medidor el volumen inyectado.

 

 

Para las siguientes observaciones se irá disminuyendo el caudal, con lo que los niveles estables irán bajando y en cada operación se tomará el tiempo y el volumen inyectado. En el anexo 3 se proporciona un registro de campo para la ejecución de este tipo de pruebas, en el que se ve, que para cinco observaciones, es necesario tomar el volumen agregado en litros, el tiempo de observación en segundos y las profundidades del nivel estable (h) en m con estos datos se calculará el gasto Q en lts/seg y la carga H. Es importante anotar las profundidades del tramo en estudio, el diámetro de la perforación (D), la distancia entre el terreno natural y la boca del ademe (p) y la longitud de la cámara filtrante.

 

 

En el mismo anexo, se hace una gráfica de ensayos para comprobar que la prueba hecha fue correcta y en condiciones satisfactorias. A la escala más conveniente, sobre el eje horizontal se marcan los puntos correspondientes a los gastos en lts/seg y en el eje vertical, las cargas H en m, con lo que se obtendrán tantos puntos como observaciones se hayan realizado. Si el ensayo fue correcto, quedarán alineados perfectamente a lo largo de una recta que pase por el origen de los ejes.


 

BOMBEO GASTO CONSTANTE

En este tipo de pruebas, la perforación y el acondicionamiento de la cámara filtrante es semejante a la prueba anterior. En el anexo 4 se esquematizan las instalaciones para la ejecución de la prueba, que consisten en una bomba para extraer el agua dentro de la perforación y un aditamento con válvula de descarga, válvula de paso y medidor de volúmenes de agua. Además se utilizan también: un cronómetro y una sonda eléctrica.

 

 

La prueba se inicia bombeando agua a la perforación, calibrando la velocidad de la bomba hasta que el nivel se estabilice dentro del ademe del pozo, procurando que no sea a más de 10 m de la superficie del manto. Con estas condiciones se principia a contar el tiempo de la prueba (10 minutos), comprobando periódicamente con la sonda eléctrica que el nivel estable no varíe. Terminado el tiempo de observación, se tomará la lectura en el medidor, del volumen bombeado.

 

 

Para las siguientes observaciones se irá disminuyendo la aceleración de la bomba, con lo que los niveles estables se irán subiendo y en cada operación se tomará el tiempo y el volumen bombeado. El anexo 5 es un ejemplo de registro de campo para la ejecución de estas pruebas por bombeo de gasto constante y en el se hicieron cinco observaciones, tomando el volumen bombeado en litros. El tiempo de observación en segundos y la profundidad del nivel estable (h) n m, además las profundidades del tramo probado, el diámetro de la tubería (D), la profundidad del manto freático, la longitud de la cámara filtrante (L) y la distancia entre el terreno natural y la boca del ademe. Con el volumen y el tiempo de observación se calculará el gasto Q en lt/seg y con la profundidad (h) y la distancia de la boca del ademe a la profundidad del manto freático (Zo) se calculará la carga H. En la misma hoja de registro de campo, se grafica la prueba de manera semejante a la explicad para la prueba de inyección de gasto constante; es decir, utilizando el gasto Q y la carga H para obtener los puntos de observación.

En los dos casos de pruebas de flujo constante, se necesario que se tome en consideración, para la mejor evaluación del coeficiente de permeabilidad de un tramo determinado, si el ensayo se hace enseguida del nivel del manto freático, o muy cerca del manto impermeable, que hay que reportar la distancia del centro de la cámara filtrante a el nivel del manto freático (ho) para el primer caso, o la distancia de la cámara al manto impermeable (h’o) para el segundo. No es posible a veces obtener estos datos durante la ejecución de la prueba, sino que se localizan a medida que avanza la perforación. Sin embargo, se deben reportar cuando se tenga la certeza de su existencia.

 

En los anexos 8, 9 y 10, se grafican los diferentes casos de prueba de flujo constante que se puedan presentar con relación al manto freático y al manto impermeable, en gasto constante por inyección y por bombeo. Además, se indica la forma de graficar la prueba, las fórmulas que intervienen para su cuantificación y una forma de registro de campo.

 

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