“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”

Universidad Peruana Los Andes

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

CURSO : GEOTECNIA

CICLO : VII

TEMA : “ENSAYO DE LEFRANC – ENSAYO DE LUGEON”

DOCENTE : ING. JORGE FELIX HUAYHUA ROJAS.

ALUMNOS : VERGARA MATTOS JUNIOR GIOVANI.

NEYRA LEYVA ALEJANDRO.

GARAVITO TORRES CHARLES MOISES.

SUAREZ MELENDEZ MIGUEL.

TURNO : C-1 NOCHE

2013

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ENSAYO DE LEFRANC – ENSAYO DE LUGEON

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INDICE

1 ENSAYO LEFRANC....................................................................................................3

1.2 Ensayo con carga hidráulica constante..............................................................3

1.3 Ensayo con carga hidráulica variable.................................................................5

2 ENSAYO LUGEON.....................................................................................................6

1 ENSAYO LEFRANC

El 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, el ensayo Lugeon. Existen dos modalidades, con presión constante, o,

con presión variable.

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1.2 Ensayo con carga hidráulica constante

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:se trata de un flujo laminar,

(campo de aplicación de la ley de Darcy); que el medio es isotrópico y

homogéneo; y, 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 in 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 del diámetro interior de la

perforación

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  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 formula anterior se transforma en:

1.3 Ensayo con carga hidráulica variable

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 topo 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:

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Dónde:

 = 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

2 ENSAYO LUGEON

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

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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

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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*PM

AX

MáximoPMAX

Medio 0.75*PM

AX

Bajo    0.50*PMAX

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

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 específico del el 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. 

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Algunos registros:

Haciendo pruebas Lugeon:  http://www.youtube.com/watch?v=rOMr5CZsMZ4

Imágen 2. Tomada de: www.demecanica.com/Geotecnia

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Imagen 3.  Equipamiento básico para la prueba de compresión.Tomada de: www. geotechnique.com

Imagen 4.  Obturador.Tomada de: www.myv-sg.com

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Imagen 5. Instrumentación debajo de la roca.

 Tomada de: www.myv-sg.com

Imágen 6. ManómetroTomada de: www.geonival.com

Ejemplos:

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1. Calcular la permeabilidad de un macizo rocoso, en el cual se tomó una longitud

de 6 m para realizar las perforaciones, cuyos radios fueron de 2.5 cm cada uno; el

caudal fue de 0.0312 cm³  por segundo y la presión de sobrecarga de 15 m.

Reemplazando en la ecuación anteriormente presentada se obtiene:

                                          

                k= (0.0312 cm³ / 2π*600cm*1500cm) * Log(600cm / 2.5cm) 

                                                k= 1.313 *10^ -8 cm/s

 

Es una permeabilidad muy baja, lo cual nos muestra que es una roca prácticamente

impermeable.

2. Caso de estudio.

Este ensayo de campo fue utilizado para evaluar la seguridad de la presa Porce II

que inicio su operación en febrero de 2001 con monitores rutinarios. Dieciocho

meses después se detectaron afloramientos de agua en la zona alta y media del

macizo rocoso de la margen izquierda, unos 5 m aguas abajo de la presa. Con el fin

de complementar y verificar la caracterización de la roca de fundación, se instalaron

piezómetros de tubo abierto y efectuaron ensayos de permeabilidad, se hicieron

perforaciones con taladro rotatorio. Las profundidades variaron entre 4.0 y 6.0 m con

un diámetro de 2 pulgadas.

Para determinar las propiedades geo mecánicas de los suelos y rocas de

la fundación de la presa y obras anexas, se efectuaron 4.615 m de

perforación, distribuidas en 90 perforaciones. Específicamente en el sitio de presa

se efectuaron 64 ensayos de permeabilidad Lugeon, distribuidos en 21

perforaciones. Dichos ensayos tenían la finalidad de determinar el grado de

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fracturamiento de la roca y con ello su permeabilidad, para posteriormente,

proyectar inyecciones de lechada en caso de ser necesario. El análisis de los

ensayos arrojó que las rocas presentaban más permeabilidad en algunos lugares.

Con el fin de establecer el comportamiento de la presa al trascurrir determinado

tiempo, se iniciaron nuevamente ensayos de campo, esta vez fueron tres ensayos

de Lugeon. Los ensayos efectuados indican que la permeabilidad de la roca, en el

sitio ensayado, disminuye en profundidad, y que el agua transita por las

discontinuidades superficiales. En los primeros 5 m, la permeabilidad es

relativamente alta, variando entre 47 y 25 uL (unidades lugeon); a partir de 5 m de

profundidad, el macizo rocoso presenta valores de permeabilidad cercanos a 5 uL

que indica un macizo rocoso de permeabilidad relativamente baja.

Este análisis del comportamiento indica que la presa podría presentar problemas de

seguridad en caso que las infiltraciones tiendan a incrementarse con el tiempo. 

Referencias  Bibliográficas.

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Camilo Quiñones-Rozo, P.E.  LUGEON TEST INTERPRETATION, REVISITED.

[en linea] http://ussdams.com/proceedings/2010Proc/405-414.pdf

Bliss, J., Rushton, K. (1984). The reliability of packer tests for estimating the

hydraulic conductivity of aquifers. Q. J. Eng. Geol. Vol. 17, pp. 81-91.

Terzaghi, K., Peck, R., Mesri, G. (1996). Soil Mechanics in Engineering Practice.

Third Edition. J. Wiley & Sons. New York, N.Y. pp. 72-73.

Estudios de seguridad en la presa Porce II. Tesis de Grado.

DICCIONARIO DE CIENCIAS DE LA TIERRA. Pág 277. [en

línea]  http://books.google.com.co.

http://www.geotechnique.info.