PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE CAMPO INTRODUCCIN Antes de la construccin de una estructura de tierra, es importante verificar que las propiedades del suelo de la cimentacin, sean las indicadas para garantizar la estabilidad y funcionamiento adecuado de la obra. En algunos casos, dichas propiedades pueden obtenerse en el laboratorio a partir de muestras inalteradas; sin embargo, es frecuente que, al no poder obtener muestras inalteradas o suficientemente representativas, se tenga que recurrir a pruebas de campo para el mismo fin. Las pruebas de campo tienen que adaptarse a las particularidades de cada obra y, en general, no es posible ni deseable establecer un procedimiento estndar para su ejecucin. PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE CAMPO Las pruebas de permeabilidad de laboratorio son tiles cuando la estructura que se forma est formada por un material que puede considerarse homogneo, istropo, o anistropo, como en el caso del corazn impermeable de una cortina, construido con la tierra de un banco de prstamo homogneo. En cambio, en las formaciones naturales, generalmente compuestas por mantos distintos, con variaciones importantes tanto en la disposicin de los mismos como en las caractersticas de los materiales, es difcil estudiar el escurrimiento a partir de un nmero limitado de ensayes sobre muestras inalteradas. En mantos de arena y grava es casi imposible obtener especimenes inalterados. En estos casos es necesario recurrir a las pruebas de campo. El tipo de prueba de permeabilidad til en cada caso particular depende de numerosos factores, tales como tipo de material, localizacin del nivel fretico y homogeneidad o heterogeneidad de los distintos estratos del suelo, en cuanto a permeabilidad se refiere. En la tabla siguiente, tomando en cuenta ciertas caractersticas del problema bajo estudio, se expone la aplicabilidad de los diversos tipos de pruebas de permeabilidad a los suelos aluviales tpicos de las boquillas de presas. Cada tipo de prueba se analiza con mtodos de clculo ms o menos elaborados; sin embargo, los resultados obtenidos de los diferentes mtodos de interpretacin, propios a cada prueba, son semejantes; debe prestarse especial atencin a la forma en que se lleva a cabo el ensaye, ya que, dependiendo de los procedimientos utilizados, los resultados pueden variar de forma significativa. Adems de las pruebas de permeabilidad mencionadas en la tabla anterior, se presenta la prueba de permeabilidad Lugeon, generalmente usada para masas rocosas. INSTRUCCIONES GENERALES PARA LA EJECUCIN DE PRUEBAS DE PERMEABILIDAD TIPO LEFRANC INTRODUCCIN Debido al gran desarrollo que ltimamente ha tenido en nuestro pas la construccin de cortinas cimentadas sobre terrenos de aluvin, es de gran importancia investigar la permeabilidad de dichos terrenos, sobre todo teniendo en cuenta que no son formaciones homogneas, sin, que, por el contrario, frecuentemente presentan una heterogeneidad bien marcada, sobre todo en sentido vertical. En estas condiciones puede ser conveniente investigar la permeabilidad horizontal en diferentes horizontes, como dato adicional al de obtener el coeficiente de permeabilidad medio, por los mtodos convencionales de bombeo a travs de un pozo central.

CONSIDERACIONES TERICAS La prueba se ejecutar en una perforacin expresamente hecha para el efecto, en que su extremo interior estar dotada de una cmara filtrante. La prueba podr hacerse a flujo constante, sea por bombeo o por inyeccin de un gasto constante; o en flujo variable por ascenso o descenso de la superficie del agua dentro de la perforacin. En ambos casos es recomendable que la carga de prueba se limite a valores del orden de los 5 a los 10 metros. Como mximo. Para el primer caso, si se denomina por H la diferencia de carga total correspondiente al gasto Q, la permeabilidad estar dada por: K = C (Q/H) ..(1) En donde C es un coeficiente que depende de las dimensiones y forma de la cmara de filtrante, que para efectos de esta prueba se considerar como un elipsoide de revolucin con el eje corto igual con D y una distancia focal F. K en m/seg C en 1/m = m- Q en m3 / seg H en metros Con objeto de comprobar que las dimensiones son normales se harn ensayos con gastos mayores y menores que el de prueba y los valores Q, H se llevarn a una grfica a escala natural, en donde, si el ensayo es correcto, y el flujo laminar, debern quedar alineados a lo largo de una recta pasando por el origen. Cuando el tramo de prueba se encuentre en la cercana al fondo impermeable o a la superficie del manto fretico, al coeficiente C debe hacrsele una correccin mediante el aumento de valor.. Cuando el terreno sea poco permeable, podr usarse el segundo caso, de flujo variable, cuyos elementos son: D = dimetro de la tubera en metros L = longitud de la cmara filtrante en metros. Ho = distancia del punto medio de la cmara filtrante al manto impermeable H1 = carga en el instante t1 H2 = carga en el instante t2 A= rea efectiva de la seccin transversal de la tubera de prueba m (t1 y t2 tiempos correspondientes a H1 y H2)

Para este caso: C tiene el mismo significado que para el caso 1, obtenindose los valores correspondientes usando las grficas de la figura 2 y 2 Los diferentes puntos correspondientes a las medidas Hn, Tn deben alinearse sobre una grfica log H,T. Para el clculo de K por medio de la frmula (4) es preciso conocer la posicin del nivel esttico N. E. Del manto, contada generalmente a partir de la elevacin de la boca del tubo. El caso 2 puede efectuarse arriba del nivel esttico del agua, en cuyo caso las cargas H1 y H2 se medirn a partir del punto medio de la cmara filtrante, la cual estar a una profundidad Zo, contada a partir de la boca del tubo. Para valores y z en metros, se llevarn en una grfica que, en principio, deben alinearse a lo largo de una racta, que cortar el eje de las ordenadas (profundidades) en la elevacin correspondiente a la del nivel esttico del manto fretico. En el caso que la prueba se haga arriba del nivel esttico, la recta cortar al eje de las ordenadas, a la elevacin media de la cmara filtrante, dicha prueba siempre ser bajada. Condiciones generales que deben que deben satisfacer para que la prueba se considere aceptable: La relacin 1/d debe ser igual o mayor a 5. El valor l es conveniente tambin limitarlo a 10 mximo, pero procurando que los valores usuales estn comprendido entre 1.0 y 5.0 metros. Debe considerarse como no satisfactoria la prueba hecha a travs del fondo del tubo solamente debido a la posibilidad de que el material suelto remonte la tubera, falseando los resultados, y a que el valor de k sera en sentido vertical, principalmente. CAMARAS FILTRANTES La cmara filtrante puede construirse por medio de un tramo de tubo ranurado, a partir del fondo de la perforacin, el rea de ranuracin debiendo ser superior al 15 % del rea filtrante. Este caso es muy importante que se compruebe por medio de una sonda, que em la cmara filtrante no ha remontado material fino, limo o arena, que reduzca las dimensiones de la misma, pues entonces los datos finales seran falsos. La cmara filtrante tambin podra formarse con grava gruesa no graduada rellenando el ramo inferior de tubera de ademe, la que sera izada posteriormente una longitud determinada. El relleno de grava deber quedar a una cota superior a la del fondo del ademe, y estar constituido por granos comprendidos entre 1.5 y 2.5 cm. En este caso, si se comprueba que la tubera de ademe ha quedado floja dentro de la perforacin, y existe la posibilidad de flujo a travs del espacio comprendido entre la superficie exterior del tubo

y las paredes de perforacin, y si adems, el terreno ests saturado, deber hacerse una prueba a base de bombeo. O de flujo variable ascendente. En fin, la cmara filtrante puede quedar construida por un tramo de perforacin, sin ademe, en caso de que no exista posibilidad de derrumbes y descompresiones del terreno que puedan falsear los valores correspondientes al terreno virgen. Siempre que sea posible, debe preferirse la prueba a base de bombeo a flujo variable, ascendente, con objeto de evitar la posibilidad de formar obturaciones al inyectar agua a presin, si esta ltima es muy grande. Es conveniente que los valores de z1, z2, z1 y z2 se obtengan por medio de una sonda elctrica introducida a travs de un tubo de menor dimetro que el ademe, colocado ex profeso para el caso. PRUEBAS LEFRANC Ejemplos: Caso num. 1. carga constante. Datos: D = 7.6 cm. H1 = 1.5 m -Zo-- z1 Q = lt/seg - 0.0005 m / seg. L = 1.00 metros. Los valores que se toman en el campo son: Zo en m. Profundidad del manto con respecto a la boca del tubo Z1 en m. Profundidad del agua en el pozo, para un gasto Q constante. Q en litros por segundo constante, durante 10 minutos. Y de estos tres datos los que hay que tomar con cuidado son z1 y Q, pues es en los que se puede cometer errores con gran facilidad. Una forma de limitar las posibilidades de error es efectuar la prueba con este mtodo solo para valores de Zo reducidos, digamos del orden de los 5.0 a los 10.0 metros como mximo. En estas condiciones es posible medir la profundidad Z1 con una sonda elctrica , a travs de un tubo de menor dimetro que el ademe; y el agua con gasto Q, deslizarla por 4el espacio comprendido entre los dos tubos, y mantener el gasto constante durante 10 minutos. ENSAYOS LEFRANC

Se entuba la perforacin por tratarse de terrenos pulverulentos y la cavidad se abre bajo la zapata del revestimiento. Se conserva abierta gracias a la inyeccin de agua que se realiza a travs de las toberas de un trpano pequeo que se mantiene fijo a una determinada profundidad. La sobrecarga h de agua en la cavidad viene dada por la observacin del nivel libre en el entubado y el caudal de inyeccin por la bajada del nivel del tanque. De este modo se tienen todos los elementos necesarios para calcular K, salvo el coeficiente C de la cavidad para evaluar este es preciso hacer una hiptesis sobre la forma de la misma. Por consiguiente, la interpretacin del ensayo solo puede suministrar un orden de magnitud bastante aproximado de las permeabilidades. En general es suficiente, ya que el coeficiente C vara poco con la forma de la cavidad. Cuando la dimensin de los granos de las formaciones es demasiado grande para que el agua pueda formar una cavidad, es necesario recurrir a otro procedimiento. Algunas veces se puede realizar con la herramienta de perforacin con una cavidad de forma dada asegurando su mantenimiento durante el tiempo que dura el ensayo la propia cohesin del terreno. En este caso no hay que olvidarse de comprobar que no sufre ninguna modificacin durante el tiempo que se realizan las medidas. En particular, si se toma como cavidad el espacio en forma de disco que se crea en la base del entubado, es necesario que no ascienda por l nada de terreno. Si esto no se cumple rigurosamente, no existe ningn medio de evaluar correctamente el coeficiente a considerar, ya que la parte de formacin que se introduce en el entubado, en general antes de comenzar el ensayo, se ha descomprimido con relacin a la que queda en su sitio y su permeabilidad cambia. Adems, el clculo demuestra que, cuando existe un terreno idntico dentro y fuera del revestimiento basta con una pequea subida para que la carga h que hay que sustituir en la frmula sea una pequea fraccin de la sobrecarga aplicada. Por consiguiente, hay que evitar este tipo de cavidad. Cuando es posible se mantiene el hueco abierto llenndolo con grava gruesa calibrada. Los vacos de esta son lo suficientemente grandes para que el agua de inyeccin no pierda la carga por su causa. Finalmente, se puede proveer el entubado de un elemento perforado debidamente calibrado. Si los caudales inyectados son muy pequeos y no se puede conseguir una cavidad inyectando agua, la bomba resulta intil, entonces se puede introducir el agua con un bidn de capacidad conocida que mantenga siempre un nivel constante en el entubado. O ms sencillo an, despus de haber llenado el revestimiento de agua, se mide la velocidad de descenso de esta. Como se ha visto, estos ensayos se pueden realizar de modo muy variado y conviene tomar diferentes valores de la sobrecarga para compensar los errores. La experiencia de estas muestras demuestra que su simplicidad es solo aparente y es necesario que las efecten e interpreten tcnicos que sepan lo que hacen. Con las inyecciones de agua se corre el riesgo de provocar fracturas que permiten que se establezca fcilmente una corriente de agua alrededor del entubado o, por el contrario, que se obturen las formaciones. Incluso aunque las aguas estn perfectamente limpias, se puede producir esta colmatacin por el desprendimiento del gas disuelto en el agua.

Por todas estas razones se prefiere generalmente efectuar los ensayos por bombeo. Pero es necesario tomar grandes precauciones para evitar que se produzcan arrastres del terreno que cambiaran completamente el valor del coeficiente C que se crea aplicable. Como generalmente las cavidades son de pequeas dimensiones, las permeabilidades calculadas se refieren a un pequeo volumen de terreno y se pueden considerar como puntuales. Es necesario ensayar un gran numero de puntos para poder tener un valor medio de la permeabilidad del terreno.