REALIZACIÓN DE PRUEBAS LEFRANC GUÍA CFE AGOSTO 2015 REVISA Y SUSTITUYE A LA EDICIÓN DE JULIO DE 1996 MÉXICO

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1 AGOSTO 2015 REVISA Y SUSTITUYE A LA EDICIÓN DE JULIO DE 1996 MÉXICO

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3 C O N T E N I D O 1 OBJETIVO 1 2 CAMPO DE APLICACIÓN 1 3 NORMAS QUE SE APLICAN 1 4 DEFINICIONES Cámara Filtrante Conductividad Hidráulica (Permeabilidad) Constante C Nivel Freático Prueba Lefranc 2 5 SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS 2 6 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES Introducción Clasificación Aplicada al Método Instrumentos y Equipo a Utilizar Descripción del Método Presentación de Resultados 23 7 CONDICIONES DE DESARROLLO SUSTENTABLE 24 8 CONDICIONES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL 24 9 BIBLIOGRAFÍA 24 FIGURA 1 - Instalación común para realizar pruebas Lefranc con inyección de agua al barreno 6 FIGURA 2 - Instalación común para realizar pruebas Lefranc con extracción de agua del barreno 7 FIGURA 3- Prueba Lefranc de Flujo constante inyección 8 FIGURA 4-Prueba Lefranc de Flujo constante bombeo 8 FIGURA 5-Prueba Lefranc de Flujo variable descenso 9 FIGURA 6-Prueba Lefranc de Flujo variable ascenso 9 FIGURA 7-Prueba Lefranc Somera de Flujo constante inyección 10 FIGURA 8-Prueba Lefranc Somera de Flujo constante bombeo 10 FIGURA 9. Prueba Lefranc Somera de Flujo variable descenso 10 FIGURA 10. Prueba Lefranc Somera de Flujo variable ascenso 10 FIGURA 11-Prueba Lefranc Vertical de Flujo constante inyección 11

4 FIGURA 12-Prueba Lefranc Vertical de Flujo constante bombeo 11 FIGURA 13 - Prueba Lefranc Vertical de Flujo variable descenso 11 FIGURA 14 - Prueba Lefranc Vertical de Flujo variable ascenso 11 TABLA 1 - Clasificación de la conductividad hidráulica 3 TABLA 2 Tipo de pruebas Lefranc recomendadas con relación al grado de conductividad hidráulica estimada y a la posición del nivel freático 5 TABLA 3 Selección del tipo de prueba Lefranc de acuerdo con las condiciones que presenta el terreno en un tramo somero 5

5 1 de 37 1 OBJETIVO Crear un documento normalizado de Comisión, específicamente una guía técnica para la realización de pruebas Lefranc, que sea una referencia para el personal involucrado en este tipo de actividades, con la finalidad de garantizar la obtención de un mínimo de información estandarizada y actualizada. 2 CAMPO DE APLICACIÓN Se aplican en materiales granulares, sedimentos mal consolidados, rocas muy alteradas o deleznables y ocasionalmente en rocas muy fracturadas. Se realizan en barrenos hechos durante la exploración, construcción y eventualmente en el mantenimiento de las obras civiles. 3 NORMAS QUE SE APLICAN NOM-008-SCFI-2002 Sistema General de Unidades de Medida. 4 DEFINICIONES 4.1 Cámara Filtrante En un barreno, espacio de forma cilíndrica en el que se realiza la prueba, con longitud L y diámetro D. 4.2 Conductividad Hidráulica (Permeabilidad) Facilidad de los materiales para permitir el paso del agua. 4.3 Constante C Depende de la forma geométrica del espacio a probar (también conocido como factor de forma) y dimensiones del tramo de prueba, se puede obtener de gráficas construidas exprofeso o de ecuaciones. Para un espacio cilíndrico: 4.4 Nivel Freático Nivel natural del agua en el subsuelo a la presión atmosférica.

6 2 de Prueba Lefranc Prueba de carácter puntual, que permite calcular la conductividad hidráulica en materiales granulares en un tramo de barreno (con base en la ecuación de Darcy), en intervalos de tiempo regulares, a partir de la medición del nivel freático y del flujo de agua agregado o extraído al tramo probado o bien, sin considerar éste último, del cálculo de la velocidad con que cambian los niveles de agua en el barreno. 5 SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS k = Conductividad hidráulica (permeabilidad) en m/s o cm/s. C = Coeficiente que depende de la forma y dimensiones del tramo de prueba se da en 1/m o m -1. A = Área de sección circular del tramo en m 2. H1 = Carga en el tiempo t 1 en m. H2 = Carga en el tiempo t 2 en m. H = Carga en m. t 1 = Tiempo inicial de la observación en s. t 2 = Tiempo final de la observación en s. t = Tiempo resultado de t 2 - t 1, en s. Q = Caudal en m 3 /s. NF = CF = TN = Nivel freático. Cámara filtrante o tramo de prueba. Terreno natural. L = Longitud del tramo de prueba en m. D = Diámetro de la perforación en m. 6 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES 6.1 Introducción Comisión ha acumulado durante varios lustros, una serie de experiencias sobre exploración para la construcción de las obras civiles. La ejecución de pruebas Lefranc es una de ellas. Con el fin de que este valor sea aprovechado, se ha elaborado el presente documento, como un punto de partida para la mejora constante en los estudios sobre los materiales donde sin duda se seguirán construyendo obras civiles.

7 3 de Clasificación Aplicada al Método Los parámetros para clasificar y calificar la conductividad hidráulica (permeabilidad) en materiales granulares son los indicados en la tabla 1. TABLA 1 - Clasificación de la conductividad hidráulica Conductividad hidráulica (permeabilidad) en cm/s 10-6 Clasificación Material no conductivo (impermeable). de 1.00 a 9.99x10-5 Material poco conductivo (poco permeable). de 1.00 a 9.99x10-4 Material conductivo (permeable). de 1.00 a 9.99x10-³ 10-² Material muy conductivo (muy permeable). Material altamente conductivo (altamente permeable). 6.3 Instrumentos y Equipo a Utilizar Para cualquier prueba de conductividad hidráulica (permeabilidad) Lefranc es indispensable: a) Sonda eléctrica. b) Cronómetro. c) Manguera, tubería y conexiones. Para las pruebas de flujo constante se requiere además el equipo siguiente: a) Tubo protector de la sonda. b) Medidor de volúmenes. c) Válvula de compuerta o globo para control., d) Válvula de paso. e) Recipientes de volumen conocido para calibración. f) Tanque de almacenamiento con vertedor. g) Cuando los volúmenes son considerables se hace necesaria una bomba.

8 4 de Descripción del Método El tramo a probar debe estar saturado preferentemente, pues aunque pueden efectuarse también dentro de la zona no saturada, es decir, por encima del nivel piezométrico, los valores obtenidos en este caso, deben considerarse sólo como orientativos (Plata-Bedmar, 2006). En las pruebas con flujo constante se inyecta o extrae un flujo de agua (de manera manual o por bombeo) cuyo volumen se va registrando en cada intervalo de tiempo, procurando mantener sin cambio la altura del nivel de agua dentro del barreno, durante cada observación. Mientras que, en las pruebas con flujo variable se inicia inyectando o extrayendo, súbitamente, agua del barreno y se va registrando en cada intervalo de tiempo el cambio en la altura del nivel de agua dentro del barreno (Torres, 1968; Escalante-Arias, 1969 y Torres y De la O-Carreño, 1970). Las fases que comprende una prueba Lefranc son: la preparación de la cámara filtrante, la determinación del tipo de prueba Lefranc a efectuar, la preparación de instrumentos y equipo a utilizar, el desarrollo de la prueba y el cálculo de la prueba Preparación de la Cámara Filtrante El tramo de prueba idealmente tiene forma cilíndrica y se obtiene dejando libre la parte final de un barreno, tal como los que se realizan de manera usual en la exploración geológica y geotécnica, con máquina rotaria, con broca de diamante y agua limpia. Excepto los casos especiales de pruebas en tramos superficiales o donde sólo se prueba la superficie en el fondo del barreno, la longitud máxima de la cámara filtrante debe ser 5 m. Si el material cortado en el tramo de prueba muestra escasa compacidad, tal que no sea capaz de conservarse la estabilidad en las paredes del sondeo, para que la cámara filtrante conserve su forma regular durante el la prueba, es necesario emplear tubo de acero ranurado en por lo menos un 15% de su superficie o rellenar y sostener la cámara con grava gruesa. Si la cámara filtrante se protege con grava, es necesario prever la disponibilidad de ésta, asegurando un volumen similar al de la cámara filtrante por prueba. Para este fin, por facilidad, esto puede hacerse calculando el volumen de la cámara filtrante (v= L*π*r 2, donde L es la longitud del tramo y r el radio de la perforación), considerando la posibilidad de suministrar la grava al barreno con un recipiente de volumen conocido Determinación del tipo de prueba Lefranc De acuerdo con el método que se emplee en la prueba, se clasifican en dos tipos: Lefranc de flujo constante y Lefranc de flujo variable. Éstas a su vez, se clasifican en dos tipos, de acuerdo con el ascenso o descenso del nivel freático. Además, existen pruebas especiales, donde se prueba un tramo somero o la superficie del fondo del barreno. Si la observación del material cortado en el tramo a probar indica que éste puede ser permeable entonces podemos esperar que la altura del nivel de agua tienda a cambiar rápidamente hacia su recuperación, entonces lo más apropiado debe ser efectuar una prueba de flujo constante (Ruíz-Vázquez y otros, 2012), tratando de mantener la altura del nivel de agua en el barreno a un nivel fijo en cada lectura. Por otra parte, si el material parece poco permeable, se esperaría que el cambio en la altura del nivel de agua sea un poco más lento y entonces probablemente sea más cómodo controlar la variación progresiva de esta altura (flujo variable), sin embargo, esto no excluye que sea posible realizar una prueba de flujo constante. Debe destacarse que se requiere cierta habilidad y práctica del personal que opere una sonda para verificar el nivel de agua, para seguir su evolución antes de su estabilización, aunque probablemente la exigencia sea mayor en las pruebas de flujo constante. El otro aspecto a considerar es la posición inicial de la altura del nivel de agua, si ésta se mantiene a profundidad notable en el barreno, debe ser más apropiado inyectar agua (prueba con inyección o nivel ascendente), mientras que,

9 5 de 37 si el nivel de agua está más próximo a la superficie, debe ser más apropiado extraer agua (prueba con bombeo o nivel descendente). Además de las anteriores, hay dos casos especiales de pruebas: Lefranc somera, la cual se aplica en el tramo superficial del barreno (con la posibilidad de realizar las de tipo flujo constante y flujo variable y Lefranc vertical (o de fondo), cuando la tubería de perforación se deja hasta el fondo del barreno y se prueba sólo el área circular que queda libre, también incluye las de tipo flujo constante y flujo variable. Para facilitar la comprensión y la relación de los conceptos expresados se presentan las tablas 1 y 2 siguientes: TABLA 2 Tipo de pruebas Lefranc recomendadas con relación al grado de conductividad hidráulica estimada y a la posición del nivel freático TIPO DE PRUEBA Conductividad hidráulica (permeabilidad) estimada Posición del nivel freático Inyección Arriba de la cámara filtrante y preferentemente a 10 m del nivel del terreno. FLUJO CONSTANTE Bombeo Alta Preferentemente 10 m por arriba del centro de la cámara filtrante. Descenso Arriba de la cámara filtrante y preferentemente a 10 m del nivel del terreno. FLUJO VARIABLE Ascenso Baja Preferentemente 10 m por arriba del centro de la cámara filtrante. TABLA 3 Selección del tipo de prueba Lefranc de acuerdo con las condiciones que presenta el terreno en un tramo somero CASOS ESPECIALES SOMERA (0 a 5 m de profundidad) Flujo constante Flujo variable Tipo de prueba Inyección Bombeo Descenso Ascenso Conductividad hidráulica (permeabilidad) estimada Alta Baja Posición del nivel freático Por lo general no se observa Próximo a la superficie del terreno Por lo general no se observa Próximo a la superficie del terreno Aspectos a atender Probablemente sea difícil mantener niveles estables Probablemente se requiera extraer un gran volumen de agua Probablemente el nivel de agua descienda muy lentamente Es un caso raro, la recuperación del nivel puede tardar mucho

10 6 de Preparación de instrumentos y equipo El equipo mencionado y su instalación se observa en las figuras 1 y 2. FIGURA 1 - Instalación común para realizar pruebas Lefranc con inyección de agua al barreno

11 7 de 37 FIGURA 2 - Instalación común para realizar pruebas Lefranc con extracción de agua del barreno Desarrollo de la prueba Desarrollo de la prueba Lefranc de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) Consiste en inyectar o extraer agua de un barreno hasta estabilizar el nivel de la misma durante un determinado tiempo, se recomiendan cinco minutos por observación y se deben hacen por lo menos cinco observaciones. También da lugar a dos modalidades conocidas como de inyección y bombeo, esto depende de la posición inicial del nivel freático y de la velocidad, generalmente alta, con la que circula el agua hacia el terreno. La hoja de registro de las pruebas considera datos generales, las observaciones y datos de apoyo para los cálculos, puede ser importante (aunnque generalmente no se conoce), la presencia de un manto impermeable en la cercanía inferior de la cámara filtrante. En las figuras 3 y 4 se muestran los datos considerados en una prueba Lefranc de Flujo constante inyección y los de una prueba Lefranc de Flujo constante bombeo, respectivamente.

12 8 de 37 Añadir a z 0 si no existe NF FIGURA 3- Prueba Lefranc de Flujo constante inyección FIGURA 4-Prueba Lefranc de Flujo constante bombeo Desarrollo de la prueba Lefranc de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) Consiste en extraer o agregar agua a un barreno para luego medir el ascenso o descenso del nivel dentro del mismo, en intervalos iguales de tiempo. Por lo tanto, las pruebas de flujo variable se subdividen a su vez en de ascenso y descenso, éste depende de la posición inicial del nivel freático, generalmente estas pruebas se seleccionan cuando la velocidad de circulación de agua hacia el terreno es baja, pues se facilita la medición de los niveles de agua con sonda. En las figuras 5 y 6 se muestran los datos considerados en una prueba Lefranc de Flujo variable descenso y los de una prueba Lefranc de Flujo variable ascenso, respectivamente.

13 9 de 37 Añadir a z 0 si no existe NF FIGURA 5-Prueba Lefranc de Flujo variable descenso FIGURA 6-Prueba Lefranc de Flujo variable ascenso Desarrollo de la prueba Lefranc de Terreno Somero Con ella se determina la conductividad hidráulica en un tramo desde la superficie del terreno. La perforación no se adema y se considera el tramo de prueba de la superficie al fondo de la perforación. La longitud del tramo por probar debe ser cuando menos de 5 veces el diámetro del barreno y no mayor de 5 m. Una vez concluida la prueba es necesario verificar que el barreno conservó su forma, en caso contrario debe repetirse la prueba, reperforando primero para luego rellenar con grava. La mayoría de las veces es de tipo inyección si no se observa el nivel de agua o está cerca del fondo, aunque también puede ser de flujo variable o constante con sus variantes correspondientes (figuras 7 a 10).

14 10 de 37 FIGURA 7-Prueba Lefranc Somera de Flujo constante inyección FIGURA 8-Prueba Lefranc Somera de Flujo constante bombeo FIGURA 9. Prueba Lefranc Somera de Flujo variable descenso FIGURA 10. Prueba Lefranc Somera de Flujo variable ascenso

15 11 de Desarrollo de la prueba Lefranc de Flujo Vertical Mide la conductividad hidráulica en sentido vertical, por lo cual sólo considera la superficie del fondo de la perforación, aquí no se levanta la tubería de perforación, por lo cual no existe cámara filtrante. A su vez puede ser de flujo variable o constante con sus variantes correspondientes (figuras 11 a 14). FIGURA 11-Prueba Lefranc Vertical de Flujo constante inyección FIGURA 12-Prueba Lefranc Vertical de Flujo constante bombeo FIGURA 13 - Prueba Lefranc Vertical de Flujo variable descenso FIGURA 14 - Prueba Lefranc Vertical de Flujo variable ascenso

16 12 de Cálculo de las Pruebas Lefranc Cálculo de la prueba Lefranc de flujo constante (inyección o bombeo) El cálculo de la conductividad hidráulica para todas las pruebas Lefranc se basa en la Ley de Darcy (Castany, 1971): Donde: ; k Q l A h v Coeficiente de permeabilidad (o conductividad hidráulica). Caudal que circula en el medio. Longitud. Superficie de la sección atravesada por el fluido. Carga de la columna de agua entre el inicio y final del tramo considerado. Velocidad promedio del fluido. Para calcular el valor de la conductividad hidráulica en pruebas con flujo constante (con inyección o bombeo) se utiliza la siguiente ecuación (Custodio y Llamas, 1983; Escalante-Arias, 1969b): Donde: k C Q H Conductividad hidráulica. Factor de forma. Caudal observado. Carga de la columna de agua observada. El factor de forma se obtiene con la relación: (CUSTODIO, E. y LLAMAS) La presencia de un cuerpo rocoso que represente material impermeable y se encuentre próximo (h 0 ) a la cámara filtrante implicará un ajuste en el factor de forma, el cual se obtiene con la relación:, el cual debe añadirse al factor de forma C.

17 13 de Cálculo de la prueba Lefranc de flujo variable (descenso o ascenso) Para calcular el valor de la conductividad hidráulica en pruebas con flujo variable (descenso o ascenso) se utiliza la siguiente ecuación (Custodio y Llamas, 1983): Donde: k C A t H 1 H 2 Conductividad hidráulica. Factor de forma. Área de la sección circular del barreno. Tiempo del intervalo de observación. Carga de la columna de agua al inicio de la observación. Carga de la columna de agua al final de la observación. El factor de forma se obtiene como se indicó en el cálculo de pruebas con flujo constante Cálculo de la prueba Lefranc somera de flujo constante (inyección o bombeo) Para calcular el valor de la conductividad hidráulica en pruebas someras con flujo constante (con inyección o bombeo) se utiliza la ecuación ya señalada para flujo constante: La diferencia en el cálculo con relación a las pruebas de flujo constante (no someras) consiste en que la carga de la columna de agua (H) determina la longitud de la cámara filtrante y ésta debe ser diferente en cada observación, como consecuencia, también se tendrán diferentes factores de forma (C), en el cálculo L debe sustituirse por H.

18 14 de 37 Gráfica 1. Valores de C para diferentes valores de L y diámetros Cálculo de la prueba Lefranc somera de flujo variable (descenso o ascenso) Para el cálculo del valor de la conductividad hidráulica en pruebas someras con flujo variable (con ascenso o descenso del nivel) se utiliza la ecuación: Donde: k C A t H ΔH Conductividad hidráulica. Factor de forma. Área de la sección circular del barreno. Tiempo del intervalo de observación. Carga promedio de la columna de agua en cada observación. Diferencia de carga de las columnas de agua inicial y final de cada observación. También aquí, la diferencia en el cálculo con relación a las pruebas de flujo variable (no someras) consiste en que la carga de la columna de agua (H) determina la longitud de la cámara filtrante y ésta debe ser diferente en cada observación, así como los factores de forma (C), en el cálculo L debe sustituirse por H.

19 15 de Cálculo de la prueba Lefranc vertical de flujo constante (inyección o bombeo) Para el cálculo del valor de la conductividad hidráulica en pruebas verticales con flujo constante (de inyección o bombeo) se utiliza la ecuación general para pruebas de flujo constante: Pero en este caso, no existe cámara filtrante por lo cual la determinación del factor de forma (C) es más simple. Donde: D Diámetro del barreno Cálculo de la prueba Lefranc vertical de flujo variable (descenso o ascenso) Para el cálculo del valor de la conductividad hidráulica en pruebas verticales con flujo variable (con ascenso o descenso del nivel) se utiliza la ecuación: Donde: k C A t H 1 H 2 Conductividad hidráulica. Factor de forma. Área de la sección circular del barreno. Tiempo del intervalo de observación. Carga de la columna de agua al inicio de la observación. Carga de la columna de agua al final de la observación. Puesto que no existe cámara filtrante, la determinación del factor de forma (C) es como en el caso anterior.

20 16 de Diagramas de Flujo Selección del tipo de prueba Lefranc (véase diagrama 1) INICIO Barreno preparado Determinación del tramo por probar (somero, el fondo de la perforación o cualquier tramo) Investigación de condiciones iniciales del terreno Prueba de flujo variable Sí Conductividad hidráulica baja No Prueba de flujo constante No Nivel freático somero Sí No Nivel freático somero Sí Prueba de descenso Prueba de ascenso Prueba de inyección Prueba de bombeo FIN Diagrama - 1

21 17 de Prueba Lefranc flujo constante, inyección (véase diagrama 2) INICIO Instalar, revisar y calibrar el equipos Bajar ademe hasta la parte superior del tramo por probar Barreno sin azolve y con paredes estables? No Desazolvar y engravar o poner ademe ranurado Sí Saturar terreno Inyectar agua hasta estabilizar el nivel por arriba del NF o del tramo de prueba Sostener inyección y nivel un tiempo determinado, se recomiendan 600 s, registrando el volumen inyectado, el lapso y la produnidad del nivel estable Efectuar 4 observaciones más incrementando el caudal inyectado para elevar el nivel estable a 4 posiciones, repartidas proporcionalmente para que la última observación, si es posible, tenga 10 m de carga sobre el NF o el centro de la cámara filtrante. Llenar registro de campo Cálculo de la conductividad hidráulica (permeabilidad) FIN

22 18 de 37 Diagrama Prueba Lefranc flujo constante, bombeo (véase diagrama 3) INICIO Instalar, revisar y calibrar el equipo Bajar ademe hasta la parte superior del tramo por probar Barreno sin azolve y con paredes estables? No Desazolvar y engravar o poner ademe ranurado Sí Extraer agua hasta estabilizar el nivel por debajo del NF Sostener extracción y nivel un tiempo determinado, se recomiendan 600 s, registrando el lapso, volumen extraído y profundidad del nivel estable Repetir la observación 4 veces mas, pero con el nivel estable en diferente posición, incrementando proporcionalmente en cada ocasión la carga, si es posible, hasta llegar a 10,0 m, o a la parte superior del trampo probado Cálculo de la conductividad hidráulica (permeabilidad) FIN

23 19 de 37 Diagrama Prueba Lefranc flujo variable, descenso (véase diagrama 4) INICIO Revisar y calibrar el equipo Bajar ademe hasta la parte superior del tramo por probar Barreno sin azolve y con paredes estables? No Desazolvar y engravar o poner ademe ranurado Sí Saturar terreno Agregar agua al barreno hasta completar, preferentemente, una columna de 10 m por arriba del NF, si se tiene, o del centro de la cámara filtrante. De no completar la carga se puede reducir la misma, o el tramo de prueba o intentar otra modalidad de prueba Lefranc Suspender suministro de agua Medir en 5 ocasiones por lo menos la profundidad del nivel del agua en lapsos iguales de tiempo, cuya duración depende de la rapidez del descenso del nivel Cálculo de la conductividad hidráulica (permeabilidad) FIN

24 20 de 37 Diagrama Prueba Lefranc flujo variable, ascenso (véase diagrama 5) INICIO Revisar y calibrar el equipo Bajar ademe hasta la parte superior del tramo por probar Barreno sin azolve y con paredes estables? No Desazolvar y engravar o poner ademe ranurado Sí Extraer agua del barreno de ser posible hasta alcanzar un nivel 10 m por debajo del NF, sin llegar a la cámara filtrante Suspender extracción de agua Medir en 5 ocasiones por lo menos la profundidad del nivel del agua en lapsos iguales, cuya duración depende de la rapidez de ascenso del nivel Cálculo de la conductividad hidráulica FIN

25 21 de 37 Diagrama Prueba Lefranc terreno somero (véase diagrama 6) INICIO Instalar, revisar y calibrar el equipo Bajar ademe hasta la parte superior del tramo por probar Barreno sin azolve y con paredes estables? No Desazolvar y engravar o poner ademe ranurado Sí En función de las condiciones, seguir el procedimiento de las pruebas de flujo variable (descenso o ascenso) o constante (inyección o bombeo). Solamente la carga debe ajustarse a las condiciones especificadas para terrenos someros. Calcular conductividad hidráulica (permeabilidad) FIN Diagrama - 6

26 22 de Prueba Lefranc flujo vertical (véase diagrama 7) INICIO Instalar, revisar y calibrar el equipo Bajar ademe ciego hasta el fondo de la perforación Barreno sin azolve? No Extraer azolve Sí En función de las condiciones, seguir el procedimiento de las pruebas de flujo variable (descenso o ascenso) o constante (inyección o bombeo). Solamente la carga debe ajustarse a las condiciones especificadas para flujo vertical. Calcular conductividad hidráulica (permeabilidad) FIN Diagrama - 7

27 23 de Presentación de Resultados Se debe llevar a cabo un registro de campo con los datos de la prueba, para el cual se anexan los formatos que es necesario llenar. En los mismos se ilustra la instalación típica del equipo de prueba y los datos que es necesario recabar, véanse anexos. a) Formato 1: Prueba Lefranc de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) b) Formato 2: Prueba Lefranc de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) c) Formato 3: Prueba Lefranc Somera de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) d) Formato 4: Prueba Lefranc Somera de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) e) Formato 5: Prueba Lefranc Vertical de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) f) Formato 6: Prueba Lefranc Vertical de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) El reporte de cálculo, de acuerdo con el tipo de prueba, contiene los datos generales de la prueba, en su caso, los volúmenes de agua inyectados o bombeados, así como los niveles de agua para cada una de las observaciones, además de los datos y fórmulas necesarios para los cálculos de la permeabilidad y los resultados respectivos. Los formatos pertinentes a cada tipo de prueba se anexan de acuerdo con la siguiente relación: g) Formato 7: Prueba Lefranc de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) A partir del volumen de agua inyectado o extraído (V) se calcula el gasto (Q= V/t) y con base en la profundidad del nivel de agua (h) se calcula la carga de la columna de agua (H = columna de agua sobre el centro de la cámara filtrante -h), los valores anteriores se sustituyen en la ecuación y se obtiene la conductividad hidráulica de cada una de las cinco observaciones (en cm/s) y el promedio de éstas, el cual representa el dato del tramo probado. Finalmente se debe presentar una gráfica de verificación donde se muestra el gasto Q (l/s) contra la carga (en m). h) Formato 8: Prueba Lefranc de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) A partir de las profundidades de los niveles de agua inicial (h 1 ) y final (h 2 ) se calculan las cargas de las columnas de agua (H = columna de agua sobre el centro de la cámara filtrante -h) y con el diámetro del barreno se calcula el área de la sección circular, los valores anteriores se sustituyen en la ecuación y se obtiene la conductividad hidráulica de cada una de las cinco observaciones (en cm/s) y el promedio de éstas, el cual representa el dato del tramo probado. Finalmente se debe presentar una gráfica de verificación donde se muestra la diferencia entre cargas contra el cociente de diferencia de carga en tiempo. i) Formato 9: Prueba Lefranc Somera de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) Los volúmenes de agua inyectados o extraídos (V) y los gastos (Q= V/t) se tratan como se ha explicado para las pruebas de flujo constante; las cargas de la columna de agua determinadas (H = columna de agua sobre el fondo del barreno cuando no hay nivel freático, o diferencia entre el nivel estable y el nivel estático) se tomarán como L en el cálculo del factor de forma (C). La conductividad hidráulica y el gráfico se presentarán de manera similar a los cálculos anteriores.

28 24 de 37 j) Formato 10: Prueba Lefranc Somera de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) Las cargas de las columnas de agua determinadas (H = columna de agua sobre el fondo del barreno cuando no hay nivel freático, o diferencia entre el nivel estable y el nivel estático) son fundamentales para los cálculos. También hay diferencia en el cálculo con relación a las pruebas de flujo constante (no someras) ya que al obtener el promedio de la carga de la columna de agua (H), ésta se tomará como L en el cálculo del factor de forma (C). La conductividad hidráulica y el gráfico se presentarán de manera similar a los cálculos anteriores. k) Formato 11: Prueba Lefranc Vertical de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) Los volúmenes de agua inyectados o extraídos (V), los gastos (Q= V/t), las cargas de la columna de agua determinadas (H), así como la conductividad hidráulica y el gráfico de verificación se presentarán de manera similar a los cálculos anteriores l) Formato 12: Prueba Lefranc Vertical de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) Las cargas de las columnas de agua determinadas (H = columna de agua sobre el fondo del barreno cuando no hay nivel freático, o diferencia entre el nivel estable y el nivel estático) son fundamentales para los cálculos. La conductividad hidráulica y el gráfico se presentarán de manera similar a los cálculos anteriores. 7 CONDICIONES DE DESARROLLO SUSTENTABLE Las pruebas Lefranc no degradan el medio ambiente, por lo cual no se sugiere ninguna medida ecológica. 8 CONDICIONES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL La realización de las pruebas de conductividad hidráulica (permeabilidad) Lefranc no implican peligro para la seguridad del personal que las ejecuta, relativamente las labores de perforación revisten mayor riesgo, por lo tanto, es suficiente el equipo básico de seguridad constituido por casco, guantes, así como ropa y calzado adecuado. 9 BIBLIOGRAFÍA CASTANY, G., 1971 Tratado práctico de las aguas subterráneas, Omega, Barcelona, 672 p. CUSTODIO, E. y LLAMAS, R., 1983 Hidrología Subterránea, 2a. Ed., Tomo 2, 2350 p. ESCALANTE-ARIAS, H., 1969 ESCALANTE-ARIAS,.H., 1969 PLATA-BEDMAR, A., 2006 Instrucciones generales sobre operación de campo de pruebas de permeabilidad tipo Lefranc, SARH. Procedimiento general sobre el análisis matemático,para el cálculo del coeficiente de permeabilidad de las pruebas tipo Lefranc, SARH. Técnicas hidrogeológicas para el estudio de vertederos de residuos III. Ensayo de permeabilidad., Revista Ingeniería Civil No. 142, España, p

29 25 de 37 RUÍZ-VÁZQUEZ, M., ROSAS-LÓPEZ, J.L., VERA-OCAMPO, M. y De la LLATA-ROMERO, R., 2012 Manual de Geotecnia, Capítulo B.1.2 Obtención y Análisis de la Información Geológica, B Permeabilidad en Suelos por medio de Pruebas Lefranc, CFE, p TORRES H.F., 1968 TORRES H.F. y DE LA OCARREÑO A.,1970 Consideraciones sobre la ejecución de pruebas de permeabilidad tipo Lefranc en terrenos someros. Inédito,SARH. Complemento a las Instrucciones generales para pruebas de permeabilidad tipo Lefrac. Inédito, Consultivo Técnico, SARH.

30 26 de 37 FORMATO 1 Registro para observaciones de campo de la prueba Lefranc de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) REGISTRO DE CAMPO DE PRUEBAS LEFRANC FLUJO CONSTANTE INYECCIÓN ( ) FLUJO CONSTANTE BOMBEO ( ) PROYECTO: BARRENO: ZONA: TRAMO DE: A REALIZADA POR: FECHA: NF = Prof. del nivel freatico: m P=Distancia del nivel de terreno (NT) a boca de ademe: m Z 0 NF + P: m t=tiempo de cada observación: s (prof. Del centro de cámara filtrante + P. si no hay NF) D=Diámetro del barreno: m Área circular (A)= r 2 m 2 LLongitud del tramo: m Volumen de la cámara filtrante (VCF)= A*L*1000 l h 0 -Si se conoce, distancia del manto impermeable al centro de cámara filtrante (CF) o al NF: CARGAS Y VELOCIDADES V, Volumen agregado o extraído, en l OBSERVACIONES Q= V/t, Caudal de prueba, en l/s h, Profundidad del nivel estable, en m H, = Z 0 -h, Carga de columna de agua, en m

31 27 de 37 FORMATO 2 Registro para observaciones de campo de la prueba Lefranc de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) REGISTRO DE CAMPO DE PRUEBAS LEFRANC FLUJO VARIABLE DESCENSO ( ) FLUJO VARIABLE ASCENSO ( ) PROYECTO: BARRENO: ZONA: TRAMO DE: A REALIZADA POR: FECHA: NF-Prof. del nivel freatico: m P-Distancia del nivel de terreno (NT) a boca de ademe: m Z 0 NF + P: m t-tiempo de cada (prof. Del centro de cámara filtrante + P. si no hay NF) observación: s D-Diámetro del barreno: m Área circular (A)- r 2 m 2 L-Longitud del tramo: m Volumen de la cámara filtrante (VCF)= A*L*1000 l h 0 -Si se conoce, distancia del manto impermeable al centro de cámara filtrante (CF) o al NF: CARGAS Y VELOCIDADES h 1, Profundidad del nivel inicial, en m h 2, Profundidad del nivel final, en m Z, diferencia de niveles = h2-h1, en m Velocidad = Z/t, en m/s OBSERVACIONES

32 28 de 37 FORMATO 3 Registro para observaciones de campo de la prueba Lefranc Somera de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) REGISTRO DE CAMPO DE PRUEBAS LEFRANC FLUJO CONSTANTE DE INYECCIÓN ( ) FLUJO CONSTANTE DE BOMBEO ( ) PROYECTO: BARRENO: ZONA: TRAMO DE: A REALIZADA POR: FECHA: NF-Prof. del nivel freatico: m Z 0 - Profundidad: m t-tiempo de cada (si existe NF, Z 0 - NF) observación: s CARGAS Y VELOCIDADES V, Volumen agregado o extraido, en l Q=V/t, caudal de prueba, en l/s h, profundidad del nivel establ, en m H 1 =(prof-h) o (h-nf), carga de columna de agua, en m OBSERVACIONES

33 29 de 37 FORMATO 4 Registro para observaciones de campo de la prueba Lefranc Somera de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) REGISTRO DE CAMPO DE PRUEBAS LEFRANC TERRENO SOMERO FLUJO VARIABLE DESCENSO ( ) FLUJO VARIABLE ASCENSO ( ) PROYECTO: BARRENO: ZONA: PROFUNDIDAD: m REALIZADA POR: FECHA: NF-Prof. del nivel freatico: m Z 0 - Profundidad: m t-tiempo de cada (si existe NF, Z 0 - NF) observación: s Área circular (A)- r 2 D-Diámetro del barreno: m CARGAS Y VELOCIDADES h, profundidad del nivel inicial, en m h 2, profundidad del nivel final, en m H, diferencia de carga = h 2 -h 1,en m Velocidad = H/t, en m/s OBSERVACIONES

34 30 de 37 FORMATO 5 Registro para observaciones de campo de la prueba Lefranc Vertical de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) REGISTRO DE CAMPO DE PRUEBAS LEFRANC VERTICAL FLUJO CONSTANTE INYECCIÓN ( ) FLUJO CONSTANTE DE BOMBEO ( ) PROYECTO: BARRENO: ZONA: PROFUNDIDAD: m REALIZADA POR: FECHA: NF-Prof. del nivel freatico: m P-Distancia del nivel de terreno (NT) a boca de ademe: m Z 0 NF + P: m t-tiempo de cada (Prof. Del fondo + P, si no hay NF) observación: s D-Diámetro del barreno: m CARGAS Y VELOCIDADES V, volumen agregado o extraido, en l Q=V7t, caudal de prueba, en l/s h, profundidad del nievel estable, en m H 1 =Z 0 -h, carga de columna de agua, en m OBSERVACIONES

35 31 de 37 FORMATO 6 Registro para observaciones de campo de la prueba Lefranc Vertical de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) REGISTRO DE CAMPO DE PRUEBAS LEFRANC VERTICAL FLUJO VARIABLE DESCENSO ( ) FLUJO VARIABLE ASCENSO ( ) PROYECTO: BARRENO: ZONA: PROFUNDIDAD: m REALIZADA POR: FECHA: NF-Prof. del nivel freatico: m P-Distancia del nivel de terreno (NT) a boca de ademe: m Z 0 NF + P: m t-tiempo de cada (prof. Del fondo + P, si no hay NF) observación: s D-Diámetro del barreno: m Área circular (A)- r 2 m 2 CARGAS Y VELOCIDADES h 1, profundidad del nivel inicial, en m h 2, profundidad del nivel final, en m Z, diferencia de niveles= h 2 -h 1, en m Velocidad=Z/f, en m/s OBSERVACIONES

36 32 de 37 FORMATO 7 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) PROYECTO: BARRENO: PROFUNDIDAD: m REALIZADA POR: FECHA: Tramo de: a m L= m D=diametrobarreno m P=diet. Del TN a boca de Tiempo de observación: c. NF: m ademe: m Z 0 NF + P: m Área: m 2 Fecha: (P+ prof. Del centro de cámara filtrante, si no hay NF) = h 1 (m) h 2 (m) h 1 diferencia h 1 con Z 0 (m) h 2 dif. h 2 con Z 0 (m) Z= h 1 /h 2 (h 1 / h 2 ) Log (h 1 / h 2 ) k (cm/s) Promedio: CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k): (cm/s)

37 33 de 37 FORMATO 8 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) PROYECTO: BARRENO: Tramo de: a m L= m D=diametrobarreno m P=dist. Del TN a boca de Tiempo de observación: c. NF: m ademe: m Z 0 NF + P: m Área: m 2 Fecha: (P+ prof. Del centro de cámara filtrante, si no hay NF) = h 1 (m) h 2 (m) h 1 diferencia h 1 con Z 0 (m) h 2 dif. h 2 con Z 0 (m) Z= h 1 /h 2 (h 1 / h 2 ) Log (h 1 / h 2 ) k (cm/s) Promedio: CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k): (cm/s)

38 34 de 37 FORMATO 9 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc Somera de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) PROYECTO: BARRENO: Profundidad: m D=diametrobarreno m Tiempo de observación: c. NF: m Z 0 =Prof.: m Fecha: (=NF, si existe) = En este caso L=H V (litros) Q=V/t (l/s) h (m) H=Difer. Z 0 y h (m) C (1/m) Q/H (m 2 /s) k (cm/s) Promedio: CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k): (cm/s)

39 35 de 37 FORMATO 10 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc Somera de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) PROYECTO: BARRENO: Profundidad: m D=diametrobarreno m Tiempo de observación: c. NF: m Z 0 =Prof.: m área m 2 Fecha: (=NF, si existe) En este caso L=H = h 1 diferencia Z 0 y h 1 (m) h 2 dif. Z 0 y h 2 (m) /H (m) H= (h 1 + h 2 )/2 (m) C (1/m) /H/t ( H/tyH h 1 / s 2 ) k (cm/s) Promedio: CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k): (cm/s)

40 36 de 37 FORMATO 11 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc Vertical de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) PROYECTO: BARRENO: Profundidad del torno: m D=diametrobarreno m P=Dist. Del TN a Tiempo de observación: c. NF: m boca de ademe: m Z 0 =P+NF: m Fecha: (P+Prof. del fondo,si no hay NF) = V (litros) Q=V/t (l/s) h (m) H=Difer. Z 0 y h (m) Q/H (m 2 /s*m) k (cm/s) CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k): (cm/s)

41 37 de 37 FORMATO 12 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc Vertical de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) PROYECTO: BARRENO: Profundidad del torno: m D=diametrobarreno m P=Dist. Del TN a Tiempo de observación: c. NF: m boca de ademe: m Z 0 =P+NF: m Área: m 2 Fecha: (P+Prof. del fondo,si no hay NF) = h 1 (m) h 2 (m) H 1 =diferencia Z 0 y h 1 (m) H 2 =diferencia Z 0 y h 2 (m) H 1 /H 2 Log (H 1 /H 2 ) k (cm/s) CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k): (cm/s)