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INSTRUMENTACIÒN

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU ESCUELA DE POST GRADO SEGUNDA ESPECIALIZACION GEOMECANICA

INFORME N° 1 UTILIZACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE SONDEO EN GEOTECNIA

“ENSAYOS DE PERMEABILIDAD EN SONDEOS (IN SITU) ENSAYO LEFRANC” Solicitado por: Ing. Esp. Miguel Ángel Pinado Santos JULIO – 2021

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DEDICATORIA Quiero dedicar este trabajo a dios que me dado la vida y fortaleza para terminar este proyecto de investigación, a mis padres por estar ahí cuando más los necesite; en especial a mi hija por ser mi fortaleza.

AGRADECIMIENTO

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Al Ing. Miguel Ángel Pinado Santos Por su paciencia, enseñanza y motivación para que este proyecto siga adelante y logre su objetivo. A mi familia por ser un motivo primordial para salir adelante.

INDICE DEDICATORIA AGRADECIMIENTO INTRODUCCION

Pag.

DATOS GENERALES.....................................................................................................7 CAPITULO I.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. DETERMINACION DEL PROBLEMA…....................................................8 1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA….......................................................8 1.3. OBJETIVOS............................................................................................8 1.3.1 Objetivos Generales..........................................................................8 1.3.2 Objetivos Específicos...............................................................8 1.4 JUSTIFICACION...................................................................................9 1.5 IMPORTANCIA Y ALCANCES DE LA INVESTIGACION............................9 1.6 LIMITACIONES…...................................................................................9 CAPITULO II.

MARCO TEORICO

2.1 ENSAYO DE PERMEABILIDAD IN SITU...........................................................10 2.2 ENSAYO DE LEFRANC...............................................................................10 2.2.1 Ensayo Lefranc con nivel constante.........................................11 2.2.2 Ensayo Lefranc con nivel variable.......................................................11 CAPITULO III

METODOLOGIA EN CAMPO

3.1 EQUIPO NECESARIO...................................................................................13 3.2 PREPARACION DE SONDEO A ENSAYAR….............................................13 3.3 EJECUCION EN CAMPO.................................................................................13

CAPITULO IV

MARCO PRACTICO

4.1 ENSAYO PUNTUAL A CARGA VARIABLE.........................................................14 4.2 ENSAYO CON BULBO A NIVEL CONSTANTE............................................16

CRONOGRAMA DE TRABAJO DISCUSIONES Y CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCION Antes de acometer cualquier proyecto u obra de ingeniería, es necesario conocer las características del terreno sobre el que se va a asentar. Con este fin, se debe realizar un reconocimiento geotécnico del terreno, cuyos objetivos son: 



Definición de las condiciones geológicas e hidrogeológicas de la zona, con sus perfiles estratigráficos, así como las propiedades físico-mecánicas del suelo y todas las características del mismo, necesarias para el cálculo y proyecto correspondiente, previendo las posibles variaciones que introducirá la obra en las condiciones del terreno. Definición de la tipología y dimensiones de la obra, de tal forma que las cargas generadas por cimentaciones, excavaciones y rellenos, o las cargas soportadas por estructuras de contención, no produzcan situaciones de inestabilidad o movimientos excesivos de las propias estructuras o del terreno, que haga peligrar la obra estructural, o funcionalmente.

Se entiende por reconocimiento el conjunto de las tareas de investigación destinadas a: La obtención de muestras del subsuelo para permitir identificar los suelos o rocas presentes y contar con material suficiente para la realización de ensayos de laboratorio. La realización de ensayos "in situ" sobre el terreno con el fin de obtener parámetros que, directa o indirectamente, se relacionen con los parámetros mecánicos básicos que permiten el cálculo geotécnico (parámetros de resistencia al corte, de deformación, de permeabilidad, etc.). El reconocimiento debe, por tanto, proporcionar al menos los siguientes datos:    

La naturaleza de los diferentes estratos. Muestras de cada una de las capas características, para su estudio en Laboratorio. Características del nivel freático y los acuíferos atravesados. Permeabilidad de las formaciones atravesadas cuando sea necesario (presas, etc.).

DATOS GENERALES: A) Título Del Proyecto. “ENSAYOS DE PERMEABILIDAD EN SONDEOS (IN SITU) ENSAYO LEFRANC” B) Autor(es). - Richard R. Cueto Espinoza Estudiante de la Segunda especialización de Geomecanica de la escuela de Post Grado de la Universidad Nacional del Centro del Peru. C) Duración Del Desarrollo. -

Fecha de inicio.- Julio 2021

CAPITULO I I.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: 1.1 Determinación Del Problema. -

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Debido a la necesidad de estimar el grado de permeabilidad del suelo in situ hemos visto en la necesidad de realizar un estudio geotécnico, para la determinación de las características, así como también el tratamiento que se le dará de la zona y las posteriores reacciones que tendrá el área de estudio. Teniendo en cuenta la poca bibliografía encontrada acerca de la permeabilidad en suelos granulares contaminados, se hace necesario para los futuros laboratorios de suelos tener estadísticas y resultados con los cuales se puedan comparar los diferentes ensayos, para estos se busca dejar resultados confiables de permeabilidad en suelos.

1.2 Formulación Del Problema. -

¿Por qué es importante determinar la permeabilidad del suelo? Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire y es una de las cualidades importantes que han de considerarse para la ingeniería. Mientras más permeable sea el suelo, mayor será la filtración. Algunos suelos son tan permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estructura es preciso aplicar técnicas de construcción especiales. ¿Qué aplicación tienen los ensayos de permeabilidad para los profesionales de ingeniería Geológica? Las principales estructuras como la vías, las estructuras hidráulicas de captación y las estructuras de fundación, tiene relación directa con la permeabilidad del suelo, dando importancia al análisis de las propiedades físicas del suelo, por medio de ensayos que nos permiten obtener resultados confiables para tomar decisiones en el diseño, evaluación y construcción de un proyectos.

1.3 Objetivos. 1.3.1 Objetivo general. “La realización de ensayos "in situ" sobre el terreno con el fin de obtener parámetros que, directa o indirectamente, se relacionen con los parámetros mecánicos básicos que permiten el cálculo geotécnico (parámetros de, de permeabilidad)”

1.3.2 Objetivos específicos. -

Determinar y detallar los métodos de ensayo de Lefranc. El nivel constante y nivel variable.

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Determinar la medición correcta de la permeabilidad de suelos. Lograr aplicar los conceptos básicos del conocimiento geológicogeotécnico para determinar los parámetros que permitan una buena obra de ingeniería.

1.4 Justificación. -

El valor determinante del proyecto es la caracterización e interpretación, Los diferentes estudios geotécnicos nos ayudaran a determinar los parámetros de estabilidad con relación al tipo de suelo presente, y como también a conocer los diferentes problemas geotécnicos presentes en el área del proyecto.

1.5 Importancia y Alcances De La Investigación. -

La importancia recae en la aplicación y utilización de estudios necesarios para conocer las características del macizo rocoso, para su posterior clasificación de acuerdo a ciertos parámetros, si es buena o mala, también se podrá establecer la dirección en la cual se deben avanzar las excavaciones, el tamaño, el tiempo de exposición abierta de la excavación, el tipo de sostenimiento a utilizar y el momento en que éste debe ser instalado.

1.6 Limitaciones. -

Esta dado por el nivel de disposición de recursos financieros, materiales y el tiempo, para poder realizar los mejores y debidos análisis La falta de un gabinete con equipos de consulta necesarios para despejar las dudas obtenidas en el campo. Uso indebido digitalmente por parte del alumno al realizar las correspondientes planos creadas en el procesamiento del trabajo.

CAPITULO II II.

MARCO TEORICO: 2.1 ENSAYOS DE PERMEABILIDAD IN SITU. Se pueden hacer en perforaciones realizadas tanto en suelos como en macizos rocosos. Los resultados que se obtienen son orientativos, pero en la mayoría de los casos, suficientes para los fines que se persiguen. Es durante la perforación de los sondeos cuando se pueden hacer las pruebas más económicas y comunes, que son: -

Con adición o extracción de agua. A carga hidráulica constante, midiendo el caudal estabilizado correspondiente. A carga hidráulica variable, midiendo en función del tiempo, los niveles decrecientes o crecientes, después de haber creado temporalmente una subida o bajada del nivel freático.

Para los ensayos “in situ” indicados y ejecutados con los cuidados necesarios, la teoría permite un cálculo bastante fiable del coeficiente de permeabilidad, teniendo presente las condiciones:  Presencia de una capa freática natural.  Coeficiente K comprendido entre 10-3 cm/s y 10-6 cm/s. En ausencia de la capa freática la interpretación teórica es muy compleja, debiéndose recurrir a fórmulas empíricas puramente orientativas. En el caso de bajas permeabilidades es necesario acudir a pruebas de laboratorio o a complicadas investigaciones en obras mediante especiales dispositivos piezométricos. El tipo de ensayo se decide según la naturaleza y estado del terreno. Los más comunes son los ensayos de:  Lefranc, el más adecuado suelos granulares o cohesivos y rocas blandas o rocas duras muy fracturadas.  Lugeon, más adecuado para roca.

2.2 ENSAYO LEFRANC El ensayo Lefranc se realiza en el interior de un sondeo, durante una pausa en el transcurso de su ejecución o una vez finalizado. Tiene por objeto determinar el coeficiente de permeabilidad k en suelos permeables o semipermeables de tipo granular (aluviales, arena, limo) con velocidad de flujo lenta y situados bajo el nivel freático, o en rocas muy fracturadas. Para su realización, se llena de agua el pozo y se mide el caudal necesario para mantener el nivel constante (ensayo a régimen permanente) o bien la velocidad de descenso (a régimen variable). Este ensayo se podrá realizar midiendo los caudales (a régimen permanente) o midiendo los niveles (a régimen variable). Si durante su ejecución la inestabilidad del terreno lo aconsejara, se procedería a rellenar con gravilla el tramo de ensayo.

2.2.1 ENSAYO LEFRANC CON NIVEL CONSTANTE. En el ensayo Lefranc a régimen permanente, como norma general, deberá medirse el caudal de admisión cada 5 minutos, manteniendo constante el nivel en la boca del sondeo durante 45 minutos. Si la admisión es muy alta, deberá medirse cada minuto durante los 20 primeros y después cada 5 minutos hasta llegar a los 45 minutos. El k del tramo será el promedio de todos los valores obtenidos. Se utilizará sonda eléctrica, cronómetro y medidor de volúmenes de agua. Se introduce un caudal constante, Q, para mantener el nivel del agua dentro del sondeo estabilizado a una altura hm. Ver la figura adjunta para las variables usadas en las fórmulas siguientes. El coeficiente de permeabilidad se obtiene por esta expresión :

2.2.2 ENSAYO LEFRANC CON NIVEL VARIABLE. El ensayo a régimen variable se realizará preferentemente de forma descendente. La carga máxima de agua no excederá de 20 metros medidos desde el centro de la cámara filtrante y la longitud de ésta no excederá de 5 m se utilizará sonda eléctrica y cronómetro, realizándose al menos 5 observaciones tomando los tiempos de observación de acuerdo a la velocidad de descenso/ascenso del nivel de agua en el tubo. Para cada una se registrará la profundidad del tramo ensayado y demás datos geométricos, así como las sucesivas posiciones de la lámina de agua con el tiempo. Los puntos de observación se representarán en una gráfica descensos/tiempo. El rango de permeabilidades que puede medirse en el ensayo a nivel o presión variable se sitúa entre 10-6 y 10-9 m/s. Pueden presentarse dos casos: que la zona filtrante tenga un diámetro igual o distinto que la entubación del piezómetro (Ver figura).

Se hace subir el nivel hasta una altura h0, y posteriormente medimos dos niveles, h1 y h2, entre las que ha transcurrido un tiempo t. El coeficiente de permeabilidad se calcula mediante la expresión siguiente:

También podemos calcular el coeficiente de permeabilidad cuando el tubo se encuentre al nivel con la zona filtrante mediante esta expresión:

CAPITULO III III.

METODOLOGIA EN CAMPO: 3.1 EQUIPO NECESARIO.  

Medidor del nivel de agua en el interior del taladro (acústico o mediante cualquier medio que garantice una precisión superior a 1 cm). Obturadores (sólo en caso de ensayos realizados a sondeo finalizado en el que se pretenda aislar un tramo).

3.2 PREPARACIÓN DEL SONDEO A ENSAYAR. 

Se limpia el fondo de la perforación y se retira la batería. La retirada debe hacerse de forma cuidadosa evitando maniobras rápidas que originan un sifonamiento del fondo de la perforación y el consiguiente arrastre de finos hacia la misma.



Se mide el nivel freático comprobando que está estabilizado.



Se extrae la entubación en un tramo determinado, puede ser de 1 a 3 m, para dejar una cámara en el fondo del sondeo formada por la perforación sin entubar. Las dimensiones de esta cámara estarán determinadas por la previsible permeabilidad del terreno y por la estabilidad de las paredes del sondeo.



En caso de terrenos de escasa estabilidad puede utilizarse un tramo final de entubación ranurada, siempre que el ranurado supere el 15% de la superficie total, o bien rellenarse la cámara con gravas gruesas bien calibradas (3 a 5 cm. de diámetro), que se introducen previamente a la retirada de la entubación.

3.3 EJECUCIÓN EN CAMPO. 





Una vez preparado el sondeo como se ha descrito, se llena la entubación con agua hasta alcanzar la boca de la misma, controlando que se haya evacuado todo el aire contenido en la perforación. Debe verificarse, asimismo, que la entrada de agua en el terreno se realiza exclusivamente a través de las paredes de la cámara que se ensaya, comprobando que no existe filtración de agua entre la entubación y las paredes del pozo en la boca del sondeo, lo que indicaría una deficiente obturación. Debe medirse la diferencia de cotas entre la lámina de agua y el nivel freático al inicio del ensayo. Se controla el descenso de la lámina libre de agua a intervalos de tiempo iguales, normalmente uno o dos minutos. El descenso normal en medios de baja permeabilidad es de unos pocos centímetros por hora. El ensayo debe efectuarse hasta que el nivel del agua en el sondeo alcanza el nivel inicial previo al ensayo y se comprueba su estabilización. Si la velocidad de estabilización es muy rápida (>50% de recuperación del nivel inicial en menos de 1 minuto) en ensayo no es adecuado para las características del terreno.

CAPITULO IV IV.

MARCO PRÁCTICO.4.1 ENSAYO PUNTUAL A CARGA VARIABLE: Ejecución de una perforación hasta 14,50 m. de profundidad, introduciendo un tubo de acero de 4 pulgadas, que se hincó entre 14,50 m. y 15,82 m.

 Se limpia el el interior de la camisa que había sido hincada hasta 15,82 m. de profundidad  Este ensayo consiste en llenar de agua limpia la camisa hasta una altura h 1, sobre el nivel de la napa y medir el intervalo de tiempo que tarda en bajar la superficie de agua en la camisa desde la altura h1 hasta otra altura h2, que también se mide hasta el nivel de la

napa.

 Se aplica la siguiente fórmula

Aplicando un segundo ensayo incluyendo el diámetro de tubo. Y la longitud de la zona filtrante

 Aplicaremos la siguiente formula.

La diferencia de altura en 30 min se observó de 0.117m

=2.9

GEOTECNIA II

4.2 ENSAYO CON BULBO A NIVEL CONSTANTE. Se extrajo el material del interior de la camisa y se perforó entre 15,82 m. y 16,20 m., formando una cavidad cilíndrica de 10,16 cm. de diámetro y 38 cm. de alto, bajo el fondo de la camisa. Se hizo limpieza circulando agua limpia por el interior de la camisa. Se introduce una canasta metálica de forma cilíndrica de diámetro ligeramente inferior al del caño camisa llena con material granular suficientemente fino para cumplir la función de filtro y suficientemente grueso para que su permeabilidad sea elevada con respecto de la del suelo a ensayar.

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Se realizó el ensayo circulando agua manteniendo el nivel constante en el borde superior de la camisa, hasta verificar que se había llegado al estado de régimen, con caudal constante.

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GEOTECNIA II

 Se aplica la siguiente fórmula

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CONCLUSIONES







En cualquier caso, se obtiene la permeabilidad media de la zona afectada por el ensayo, que varía entre unos decímetros a centenares de metro. Siempre existe la incertidumbre sobre la razón de anisotropía en permeabilidad del terreno y, en terrenos formados por varios materiales, sobre las relaciones entre las permeabilidades de cada uno. Con determinadas disposiciones de ensayo, es posible obtener datos que permitan la estimación de estas razones, pero en general es un factor desconocido en la interpretación del ensayo. 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. El método de ensayo utilizado es aplicable para un flujo unidimensional dentro de los materiales porosos

RECOMENDACIONES



El suelo está constituido por varios horizontes, y que, generalmente, cada uno de ellos tiene propiedades fisicas y químicas diferentes. Para determinar la permeabilidad del suelo en su totalidad, se debe estudiar cada horizonte por separado.



se requiere de un trabajo minucioso y en equipo, para así llegar a las metas que se requieren en el trabajo de campo.



Se recomienda tener equipos más sofisticados, óptimos y disponibles para salir al campo y así realizar un trabajo más conveniente y preciso.



Implementación de laboratorio de mecánica de rocas vanguardistas, para poder realizar los ensayos necesarios y precisos que nos sugieren este tipo de trabajos.



Tener en cuenta que la toma de datos debe ser en forma minuciosa y objetiva para no tener complicaciones en los resultados posteriores.



Tener mucho cuidado al momento de diferenciar la roca por su calidad, utilizando las diferentes clasificaciones geotecnia, ya que requiere diferentes propiedades extraídas del campo.

BIBLIOGRAFIA  UTILIZACION DE TECNICAS DE SONDEOS EN ESTUDIOS GEOTECNICOS. Juan Herrera Herbert.  MECANICA DE SUELOS, Ing Juarez Badillo  INTRODUCCION A LA GEOTECNIA. Ing leekman  DICCIONARIO GEOLOGICO: Jorge DAVILA BURGA  DICCIONARIO GEOTECNICO