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• Leonel Barrientos Juárez

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REALIZACIÓN DE PRUEBAS LEFRANC

GUÍA CFE 10000-73

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

MÉXICO

REALIZACIÓN DE PRUEBAS LEFRANC

GUÍA CFE 10000-73

CONTENIDO

1

OBJETIVO __________________________________________________________________________ 1

2

CAMPO DE APLICACIÓN ______________________________________________________________ 1

3

NORMAS QUE SE APLICAN ____________________________________________________________ 1

4

DEFINICIONES _______________________________________________________________________ 1

4.1

Cámara Filtrante _____________________________________________________________________ 1

4.2

Conductividad Hidráulica (Permeabilidad) ________________________________________________ 1

4.3

Constante C _________________________________________________________________________ 1

4.4

Nivel Freático ________________________________________________________________________ 1

4.5

Prueba Lefranc ______________________________________________________________________ 2

5

SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS _________________________________________________________ 2

6

CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES ________________________________________ 2

6.1

Introducción _________________________________________________________________________ 2

6.2

Clasificación Aplicada al Método _______________________________________________________ 3

6.3

Instrumentos y Equipo a Utilizar ________________________________________________________ 3

6.4

Descripción del Método _______________________________________________________________ 4

6.5

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 960705

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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

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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

4

DEFINICIONES

4.1

Cámara Filtrante

Sistema General de Unidades de Medida.

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.

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4.5

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 .

A

=

Área de sección circular del tramo en m .

-1

2

H1 =

Carga en el tiempo t1 en m.

H2 =

Carga en el tiempo t2 en m.

H

=

Carga en m.

t1

=

Tiempo inicial de la observación en s.

t2

=

Tiempo final de la observación en s.

t

=

Tiempo resultado de t2 - t1, en s.

Q

=

Caudal en m /s.

3

NF =

Nivel freático.

CF =

Cámara filtrante o tramo de prueba.

TN =

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.

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6.2

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  6 10-

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

6.3

Clasificación

Material muy conductivo (muy permeable). Material altamente conductivo (altamente permeable).

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:

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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.

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6.4

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. 6.4.1

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 2 cámara filtrante (v= L*π*r , 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. 6.4.2

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, 960705

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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 Conductividad hidráulica (permeabilidad) estimada

TIPO DE PRUEBA

Arriba de la cámara filtrante y preferentemente a 10 m del nivel del terreno.

Inyección FLUJO CONSTANTE

Alta

Bombeo

Preferentemente 10 m por arriba del centro de la cámara filtrante. Arriba de la cámara filtrante y preferentemente a 10 m del nivel del terreno.

Descenso FLUJO VARIABLE

Posición del nivel freático

Baja

Ascenso

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

Tipo de prueba

Conductividad hidráulica (permeabilidad) estimada

Por lo general no se observa

Inyección SOMERA (0 a 5 m de profundidad)

Flujo constante

Alta

Descenso Baja Ascenso

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Próximo a la superficie del terreno Por lo general no se observa

Bombeo

Flujo variable

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Posición del nivel freático

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

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6.4.3

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

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FIGURA 2 - Instalación común para realizar pruebas Lefranc con extracción de agua del barreno

6.4.4

Desarrollo de la prueba

6.4.4.1

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.

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Añadir a z0 si no existe NF

FIGURA 3- Prueba Lefranc de Flujo constante inyección

6.4.4.2

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.

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Añadir a z0 si no existe NF

FIGURA 5-Prueba Lefranc de Flujo variable descenso

6.4.4.3

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).

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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

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6.4.4.4

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 constante inyección

de

Flujo

FIGURA 13 - Prueba Lefranc Vertical de Flujo variable descenso

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FIGURA 12-Prueba Lefranc Vertical de Flujo constante bombeo

FIGURA 14 - Prueba Lefranc Vertical de Flujo variable ascenso

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6.4.5

Cálculo de las Pruebas Lefranc

6.4.5.1

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.

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6.4.5.2

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 H1 H2

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. 6.4.5.3

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.

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Gráfica 1. Valores de C para diferentes valores de L y diámetros

6.4.5.4

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. 960705

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6.4.5.5

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 6.4.5.6

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 H1 H2

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.

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6.4.6

Diagramas de Flujo

6.4.6.1

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

Sí Prueba de flujo variable

No

Nivel freático somero

Conductividad hidráulica baja

Sí

Prueba de inyección

FIN Diagrama - 1 960705

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Prueba de flujo constante

No

Prueba de ascenso

Prueba de descenso

No

Nivel freático somero

Sí

Prueba de bombeo

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6.4.6.1.2

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

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Diagrama – 2 6.4.6.1.3

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

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

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Desazolvar y engravar o poner ademe ranurado

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Diagrama - 3 6.4.6.1.4

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 960705

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Diagrama - 4

6.4.6.1.5

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 ?

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

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No

Desazolvar y engravar o poner ademe ranurado

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Diagrama - 5

6.4.6.1.6

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

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

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Desazolvar y engravar o poner ademe ranurado

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6.4.6.1.7

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

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

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Extraer azolve

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6.5

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 (h2) 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.

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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

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Tratado práctico de las aguas subterráneas, Omega, Barcelona, 672 p.

CUSTODIO, E. y LLAMAS, R., 1983

Hidrología Subterránea, 2a. Ed., Tomo 2, 2350 p.

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Instrucciones generales sobre operación de campo de pruebas de permeabilidad tipo Lefranc, SARH.

ESCALANTE-ARIAS,.H., 1969

Procedimiento general sobre el análisis matemático,para el cálculo del coeficiente de permeabilidad de las pruebas tipo Lefranc, SARH.

PLATA-BEDMAR, A., 2006

Técnicas hidrogeológicas para el estudio de vertederos de residuos III. Ensayo de permeabilidad., Revista Ingeniería Civil No. 142, España, p. 117-128.

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Manual de Geotecnia, Capítulo B.1.2 Obtención y Análisis de la Información Geológica, B.1.2.7.12.2. Permeabilidad en Suelos por medio de Pruebas Lefranc, CFE, p. 118-122.

TORRES H.F., 1968

Consideraciones sobre la ejecución de pruebas de permeabilidad tipo Lefranc en terrenos someros. Inédito,SARH.

TORRES H.F. y DE LA OCARREÑO A.,1970

Complemento a las “Instrucciones generales para pruebas de permeabilidad tipo Lefrac”. Inédito, Consultivo Técnico, SARH.

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REALIZACIÓN DE PRUEBAS LEFRANC

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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:

TRAMO DE:

A

ZONA:

REALIZADA POR:

NF = Prof. del nivel freatico: P=Distancia del nivel de terreno (NT) a boca de ademe: t=Tiempo de cada observación: D=Diámetro del barreno:

FECHA:

m

Z0 – NF + P: m (prof. Del centro de cámara filtrante + P. si no hay NF) 2 2 Área circular (A)=r  m Volumen de la cámara filtrante LLongitud del tramo: m (VCF)= A*L*1000 l h0-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 Q= V/t, Caudal de prueba, en l/s h, Profundidad del nivel estable, en m H, = Z0 -h, Carga de columna de agua, en m

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m s m

1

2

OBSERVACIONES 3 4

5

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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 ( ) PROYECTO: TRAMO DE:

FLUJO VARIABLE ASCENSO ( )

BARRENO: A

ZONA:

REALIZADA POR:

NF-Prof. del nivel freatico: P-Distancia del nivel de terreno (NT) a boca de ademe: t-Tiempo de cada observación: D-Diámetro del barreno:

FECHA:

m

m

Z0 – NF + P: m (prof. Del centro de cámara filtrante + P. si no hay NF)

s m

Área circular (A)-r  Volumen de la cámara filtrante L-Longitud del tramo: m (VCF)= A*L*1000 h0-Si se conoce, distancia del manto impermeable al centro de cámara filtrante (CF) o al NF: CARGAS Y VELOCIDADES h1, Profundidad del nivel inicial, en m h2, Profundidad del nivel final, en m Z, diferencia de niveles = h2-h1, en m Velocidad = Z/t, en m/s

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2

2

OBSERVACIONES 3

4

m l

5

2

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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 ( ) PROYECTO: TRAMO DE:

BARRENO: A

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 H1=(prof-h) o (h-NF), carga de columna de agua, en m

Rev

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ZONA:

REALIZADA POR:

NF-Prof. del nivel freatico: t-Tiempo de cada observación:

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FLUJO CONSTANTE DE BOMBEO ( )

m

FECHA:

Z0- Profundidad: (si existe NF, Z0 - NF)

m

s

1

2

OBSERVACIONES 3

4

5

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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 ( ) PROYECTO:

BARRENO:

PROFUNDIDAD:

m

CARGAS Y VELOCIDADES h, profundidad del nivel inicial, en m h2, profundidad del nivel final, en m H, diferencia de carga = h2-h1,en m Velocidad = H/t, en m/s

Rev

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ZONA:

REALIZADA POR:

NF-Prof. del nivel freatico: t-Tiempo de cada observación: D-Diámetro del barreno:

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FLUJO VARIABLE ASCENSO ( )

m s

FECHA:

Z0- Profundidad: (si existe NF, Z0 - NF) 2 Área circular (A)-r 

m

m

1

2

OBSERVACIONES 3

4

5

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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 ( ) PROYECTO:

BARRENO:

PROFUNDIDAD:

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 H1=Z0-h, carga de columna de agua, en m

Rev

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ZONA:

REALIZADA POR:

NF-Prof. del nivel freatico: P-Distancia del nivel de terreno (NT) a boca de ademe: t-Tiempo de cada observación: D-Diámetro del barreno:

960705

FLUJO CONSTANTE DE BOMBEO ( )

FECHA:

m

m

Z0 – NF + P: (Prof. Del fondo + P, si no hay NF)

m

s m

1

2

OBSERVACIONES 3

4

5

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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 ( ) PROYECTO:

BARRENO:

PROFUNDIDAD:

m

CARGAS Y VELOCIDADES h1, profundidad del nivel inicial, en m h2, profundidad del nivel final, en m Z, diferencia de niveles= h2-h1, en m Velocidad=Z/f, en m/s

Rev

150825

ZONA:

REALIZADA POR:

NF-Prof. del nivel freatico: P-Distancia del nivel de terreno (NT) a boca de ademe: t-Tiempo de cada observación: D-Diámetro del barreno:

960705

FLUJO VARIABLE ASCENSO ( )

FECHA:

m

1

m

Z0 – NF + P: (prof. Del fondo + P, si no hay NF)

m

s m

Área circular (A)-r 

m

2

2

OBSERVACIONES 3

4

5

2

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FORMATO 7 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) PROYECTO:

BARRENO:

PROFUNDIDAD:

m

Tramo de:

REALIZADA POR:

a

m

Tiempo de observación:

c.

Z0 – NF + P:

m

FECHA:

L=

m

NF:

Área:

m m

2

h1 (m)

h2 (m)

m

m

Fecha:

=

(P+ prof. Del centro de cámara filtrante, si no hay NF) h1 diferencia h1 con Z0 (m)

D=diametrobarreno P=diet. Del TN a boca de ademe:

h2 dif. h2 con Z0 (m)

Z= h1/h2

(h1/ h2)

Log (h1/ h2)

k (cm/s)

Promedio: CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k):

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Rev

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(cm/s)

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FORMATO 8 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) PROYECTO: BARRENO: Tramo de:

a

m

Tiempo de observación:

c.

Z0 – NF + P:

m

L=

m

NF:

Área:

m m

2

h1 (m)

h2 (m)

m

m

Fecha:

=

(P+ prof. Del centro de cámara filtrante, si no hay NF) h1 diferencia h1 con Z0 (m)

D=diametrobarreno P=dist. Del TN a boca de ademe:

h2 dif. h2 con Z0 (m)

Z= h1/h2

(h1/ h2)

Log (h1/ h2)

k (cm/s)

Promedio: CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k):

960705

Rev

150825

(cm/s)

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FORMATO 9 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc Somera de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) PROYECTO: BARRENO: Profundidad:

m

D=diametrobarreno

Tiempo de observación:

m

c.

Z0 =Prof.: (=NF, si existe)

m

NF:

m

Fecha: En este caso L=H =

V (litros)

Q=V/t (l/s)

h (m)

H=Difer. Z0 y h (m)

C (1/m)

Q/H 2 (m /s)

k (cm/s)

Promedio:

CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k):

960705

Rev

150825

(cm/s)

GUÍA CFE 10000-73

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FORMATO 10 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc Somera de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) PROYECTO:

BARRENO:

Profundidad:

m

D=diametrobarreno

Tiempo de observación: Z0 =Prof.: (=NF, si existe)

c. m

m NF:

área

m m

2

Fecha: En este caso L=H =

h1 diferencia Z 0 y h1 (m)

h2 dif. Z0 y h2 (m)

/H (m)

H= (h1+ h2)/2 (m)

C (1/m)

/H/t

( H/tyH h1/ 2 s)

k (cm/s)

Promedio: CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k):

960705

Rev

150825

(cm/s)

REALIZACIÓN DE PRUEBAS LEFRANC

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FORMATO 11 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc Vertical de Flujo Constante (Inyección o Bombeo) PROYECTO:

BARRENO:

Profundidad del torno:

m

Tiempo de observación:

D=diametrobarreno c.

Z0 =P+NF: m (P+Prof. del fondo,si no hay NF)

NF:

m

m P=Dist. Del TN a boca de ademe:

H=Difer. Z0 y h (m)

Q/H 2 (m /s*m)

m

Fecha:

=

V (litros)

Q=V/t (l/s)

h (m)

CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k):

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k (cm/s)

(cm/s)

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FORMATO 12 Hoja de cálculo de la prueba Lefranc Vertical de Flujo Variable (Descenso o Ascenso) PROYECTO:

BARRENO:

Profundidad del torno:

m

Tiempo de observación:

D=diametrobarreno c.

Z0 =P+NF: m (P+Prof. del fondo,si no hay NF)

NF:

m

Área:

m P=Dist. Del TN a boca de ademe: m

2

m

Fecha:

=

h1 (m)

h2 (m)

H1=diferencia Z0 y h1 (m)

H2=diferencia Z0 y h2 (m)

CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA (k):

960705

Rev

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H1/H2

Log (H1/H2)

k (cm/s)

(cm/s)