GOBIERNO DEL ESTADO DE JALISCO

COMISIÓN ESTATAL DE AGUA

Proyecto de Presa Arcediano

Manual Aspectos metodológicos para diseñar,

ejecutar, evaluar e interpretar las

Pruebas de agua del Tipo Lugeon e

Inyecciones de suspensiones en Roca

elaborado por

Friedrich-Karl Ewert Dr. rer. nat., Geólogo, Prof. ret. de Geotecnia

Consultor de Geología Aplicada a la Ingeniería Civil e Inyección de Rocas

Mayo de 2009

D-33014 Bad Driburg/Germany Phone: 0049-5253-3883; Fax: 0049-5253-7145; e-Mail: ewert.fk@t-online.de

II

Agradecimiento

Agradezco mucho al Ingeniero Ulrich Hungsberg Engelmann su cooperación y ayuda durante la elaboración de este manual

Bad Driburg/Alemania, el 25 de Mayo de 2009-05-25 Friedrich-Karl Ewert

III

Contenido 1. Introducción 1 2. Fundamentos 2 2.1 Geometría de las vías de agua 2 2.2 Relación entre la geometría de las vías de agua y las cantidades absorbidas 5 2.3 Comportamiento de flujo de los líquidos 6 2.4 Presión requerida para iniciar y mantener la inyección 7 2.5 Penetrabilidad diferente 8 2.6.1 Deformaciones de la roca causadas por las presiones de inyección 9 3. Pruebas (Ensayos) de agua: aspectos tecnológicos 12 3.1 Tipos 12 3.1.1 Investigación básica (Tipo: IB) 12 3.1.2 ‘Investigación adicional’ (IA) 14 3.1.3 ‘Investigación simple’ (IS) 14 3.1.4 Absorción no medible 15 3.2 Evaluación de los datos P y Q 15 3.2.1 Determinación de la presión efectiva 15 3.2.2 Evaluación computarizada 16 3.3 Presión crítica 18 3.4 Clasificación de los Diagramas P/Q 22 3.5 Parámetros de absorción 22 4. Condiciones hidrogeológicas 24 4.1 Validez de los resultados de las pruebas de agua 24 4.2 Profundidad de la pantalla de inyecciones 27 4.3 Reducción de una pantalla colgante a causa de suelos aluviales 28 4.4 Reducción de una pantalla a causa de una falla 31 4.5 Extensión lateral de la pantalla debajo de las laderas 33 4.6 Importancia esencial de las condiciones hidrogeológicas 34 5. Inyecciones: aspectos tecnológicos 37 5.1 Inyecciones ejecutadas en los Sitios 1, 2, 3 y 4 37 5.2 Consecuencias de las deformaciones a cargo de la presión 38 5.3 Inyectabilidad individual 38 5.4 Inyecciones en etapas 40 5.5 Anchura de la pantalla, numero de filas 41 5.6 Impermeabilización óptima 42 5.7 Orientación de los barrenos 43 5.8 Dirección de trabajo, tipo del obturador 45 5.8.1 Hacia abajo, con obturador descendente 45 5.8.2 Hacia arriba, con obturador ascendente 45 5.8.3 Hacia abajo, con obturador fijo 46 5.8.3.1 Roca susceptible 46 5.8.3.2 Roca estable y no susceptible 47 5.8.3.3 Valoración del método 48 5.8.4 Hacia abajo, sin obturador 49 5.9 Suspensiones e pastas 49 5.9.1 Materiales 50 5.9.1.1 Cementos 50 5.9.1.2 Agregados 50

IV

5.9.1.3 Aditivos 50 5.9.2 Características reológicas 51 5.9.2.1 Limite de flujo e viscosidad 51 5.9.2.2 Sedimentación 52 5.9.2.3 Resumen 53 5.10 Malla de diaclasas, extensión de la inyección y presión requerida 54 5.11 Obturación de las diaclasas por inyecciones 55 5.12 Suspensiones y pastas – factores Agua/Sólidos 58 5.12.1 Conceptos anteriores 58 5.12.2 Conceptos convencionales 58 5.12.3 Concepto de secuencia invertida 59 5.12.4 Conceptos combinados – suspensiones y pastas 60 5.13 Presión de inyección 61 5.13.1 Concepto convencional: aumento con la profundidad 61 5.13.2 Presión relacionada a la presión crítica 62 5.13.3 Efecto de la densidad de la suspensión 63 5.13.4 Resumen 65 5.14 Ejecución 65 5.14.1 Concepto principal 66 5.14.2 Preparación y verificación 68 5.14.3 Registro de datos 68 5.14.4 Aguas residuales 69 6. Evaluación y presentación gráfica 69 6.1 Registro de los datos básicos 69 6.1.1 Datos básicos de las pruebas de agua 69 6.1.2 Datos básicos de las inyecciones 70 6.2 Presentación de los datos básicos 70 6.3 Evaluación estadística 75 6.3.1 Pruebas de agua: valores LUGEON 75 6.3.2 Cantidades inyectadas 77 6.3.3 Relación entre Valores Lugeon y cantidades inyectadas 81 6.4 Relación entre presión y cantidades inyectadas 82 6.5 Interpretación geológica de las cantidades inyectadas 84 6.5.1 Diaclasas cortas y estrechas 84 6.5.2 Diaclasas amplias y extensas prevalecen 85 6.5.3 Caliza cárstica exige espaciamiento denso para detectar cavidades 86 6.5.4 Cavidades locales requieren cantidades grandes en cualquier etapa 87 6.6 Conclusiones respecto a la evaluación y representación 89 7. Equipo 89 8. Reglas y recomendaciones 80 8.1 Generalidades 89 8.2 Inyectabilidad y pruebas de agua 90 8.3 Escalones de presión en las pruebas de agua 90 8.4 Presiones de inyección 90 8.5 Basalto inferior 91 8.6 Medidas de control 91 8.7 Pruebas de agua – cuando, donde y como¿ 91 8.8 Definición de los tramos 92 9. Instrucciones resumidas 93

V

9.1 Criterios de decisión 93 9.2 Pruebas de agua 94 9.3 Condiciones hidráulicas e hidrogeológicas 96 9.4 Inyectabilidad 97 9.5 Tecnología y ejecución 100 9.6 Registro de datos 103 9.7 Evaluación 104 10. Conclusión final 104 Referencia 106 Figuras 1: Vías de agua, ilustración esquemática de varios tipos según grado de separación 2: Vías de agua, Tipo D, junta abierta 3: Dto., Tipo C, intersección de plano de estratificación y juntas 4: Dto., Tipos E, diaclasas parcialmente abiertas y llenadas con material suelto. Áreas azules -

roca fresca, áreas marrones – roca alterada 5/1: Dto., Tipo B, vías de agua aisladas, diámetros de ≤ 2mm 5/2: Dto., Tipo B, vía de agua aislada, conducto ‘redondo’, diámetro de ≤ 10 mm 5/3: Dto., Tipo B, vía de agua aislada, diámetro pocos centímetros 5/4: Dto., Tipo B, vías de agua separados, localizado a lo largo de la misma junta 6: Grietas, conductos y cavidades en roca cárstica 7: Ambigüedad de grandes valores Lugeon, causados por diferentes combinaciones de vías de

agua 8: Comportamiento de flujo de líquidos, según Kutzner 9: Relación entre las aperturas y las presiones requeridas para iniciar la penetración 10: Condiciones hidráulicas desiguales requieren presiones diferentes para la penetración 11: Prueba de agua: presión causa dilatación de junta abierta resultando en absorción sobre-

proporcional 12: Dto., Hidrofracturamiento de planos de estratificación latentes 13: Dto., curso de escalones ascendientes y descendientes para investigación básica 14: Dto., curso de escalones ascendientes para confirmar conocimientos 15: Dto., curso de un solo escalón para conocer la permeabilidad original 16: Dto., parámetros para calcular la presión efectiva 17: Dto., calibración de la tubería para reconocer la rugosidad del tubo 18: Dto., formato ejemplarizando el registro generado por GRT2002 19: Dto., diagramas P/Q usando la misma escala 20: Secuencia de pruebas de agua mostrando hidrofracturamiento 21: Análisis del hidrofracturamiento, presiones críticas en calizas margosas etc., 22: Dto., presiones críticas en esquistos metamórficos. 23: Dto., presiones críticas en granito y gneiss granítico. 24: Dto., presiones críticas en margas y arcillas con capas de yeso 25: Relación entre liga de roca y Pcrit: A – Pcrit sube con la profundidad en roca relajada; B – Pcrit se mantiene igual en roca fresca 26: Clasificación de los diagramas P/Q 27: Permeabilidad original: 0 LU; interpretación falsa: 35.6 LU 28: Parámetros de absorción

VI

29: Relación entre los valores Lugeon y las condiciones hidrogeológicas, A – coincidencia, B – discrepancia 30: Resultados de las pruebas de agua 31: Resultados de las inyecciones de prueba 32: Ilustración de los relevantes hechos hidrogeológicos en la cimentación de la Presa de Aabach: Alternancia de varias piedras clásticas, plegamientos con milonita en sus núcleos, falla principal causando la erosión del valle 33: Exitosa reducción de subpresión entre aguas arriba y aguas abajo en diferentes formas dependiendo de las condiciones hidrogeológicas 34: Condiciones hidráulicas de la pantalla conectada (izquierdo) y pantalla colgante (derecho) 35: Barrenos de inyección y de control perforados para la instalación de la pantalla 36: Plano de la presa, (1) eje de la pantalla, (2) vertedor y desagüe del fondo, (3) tanque amortiguador, (4) isopiezas 37: Reducción de la subpresión disminuye debido al efecto decreciente de la prolongación de las líneas de flujo alrededor del pie de la pantalla 38: Posición de la falla entre Buntsandstein y Mioceno 39: Reducción eficiente por la pantalla 40: Reducción de la subpresión a través de la falla en vez por la pantalla 41: Relación entre el nivel máximo del embalse, la inclinación de la napa freática y de la extensión lateral de la pantalla de inyección hacia lo dentro de la ladera 42: Napa freática aguas arriba y aguas debajo de la pantalla de inyecciones a lo largo de las galerías de acceso y control 43: Napa freática empinada presentada por isopiezas de intervalos grandes indica poca permeabilidad 44: Napa freática poco inclinada presentada por isopiezas de intervalos pequeños indica roca permeable; arriba – flujo general hacia el embalse vacío, abajo – agua escapa del embalse hacia el valle del afluente y hacia los taludes aguas debajo de la presa 45: Diaclasa no es inyectable porque Preq > Pcrit del plano de estratificación latente 46: Ilustración de la inyectabilidad individual y su relación entre los factores decisivos: presión requerida,

presión crítica, geometría de las diaclasas 47: Relación entre la geometría de las diaclasas y el espaciamiento entre barrenos vecinos 48: Agrupación de los barrenos de las etapas sucesivas en el concepto de ‘Profundidades escalonadas’ 49: Ejemplo para la impermeabilización óptima – repeticiones aflojan la roca tratada 50: Ilustración esquemática de las relaciones entre las orientaciones de las diaclasas y las direccio-

nes de los barrenos 51: Métodos de inyectar, posiciones del obturador 52: Ilustración del método de inyectar hacia abajo con obturador fijo 53: Grietas parcialmente llenadas con cemento inyectado 54: Recorte del registro de un barreno de control mostrando capas de cemento y resultados de la

prueba de agua 55: Curvas de flujo de líquidos y suspensiones según KUTZNER 56: Desarrollo de la viscosidad con el tiempo según KUTZNER 57: Sedimentación de suspensiones según KUTZNER 58: Sedimentación de suspensiones según BONZEL & DAHMS 59: Espaciamiento de la malla de diaclasas influye la extensión de la inyección 60: Ilustración esquemática de la obturación gradual por el tiempo 61: Investigaciones petrológicas sirven para analizar la sedimentación y el desagüe de la suspensión

y el hidrofracturamiento 62: Ubicación de los barrenos primarios (P), secundarios (S), terciarios (T) a lo largo de la pantalla,

aplicando la secuencia invertida de las suspensiones

VII

63: Aumento de las presiones hacia abajo, según HOULSBY 64: Cantidades extraordinarias inyectadas en roca impermeable (Q ≤ 0.5 LU) por causa de fractu-

ramiento 65: como 49; relación entre valores Lugeon y cantidades inyectadas 66: como 49; capas de cemento que salieren del terreno 67: Capas de cemento intercaladas en planos fracturados apenas reducen la permeabilidad 68: Relación entre Peff, PM, Pcrit, PA y D, bajo la condición de Pcrit A > crit B 69: Presión de inyección relacionada con las presiones críticas 70: Elementos básico del ‘Principio GIN’ implementado por DEERE & LOMBARDI 71: Definición de la presión de inyección considerando la presión crítica y el requisito de cantida-

des grandes por diaclasas amplias 72: Registro y cálculo de las cantidades a base de los volúmenes inyectados y los parámetros de los

materiales mezclados 73: Ejemplo para el registro de las cantidades inyectadas ya calculadas 74: Presentación de las cantidades inyectadas en forma de tabla 75: Presentación de una pantalla en forma de corte longitudinal incluyendo los barrenos de todas

las etapas 76: Muchas etapas y grandes tomas aparecen más claras en presentaciones separadas 77: Presentación separada de etapas con barrenos opuestos 78: Evaluación estadística: Promedios de los valores Q10’ y Q10* encontrados en las Secciones 2, 3,

4, 5 y 6 del margen izquierdo de la presa Ohra (Alemania) 79: Evaluación estadística: Promedios de los valores Q10’ y Q10* encontrados en el Sitio 3 de las

inyecciones de prueba en el proyecto de Arcediano 80: Distribución de la frecuencia relativa de los valores Q10’ y Q10* encontrados en el Sitio 3 de las

inyecciones de prueba en el proyecto de Arcediano (Curva roja – P, Verde – S, azul – V) 81: Distribución de los valores Q10’ con la profundidad encontrados en el Sitio 3. arriba: primarios,

en medio: secundarios, abajo: verificación 82: Promedios de las cantidades inyectadas del Sitio 4 de las inyecciones de prueba en el proyecto

de Arcediano 83: Distribución de la frecuencia relativa de las cantidades inyectadas en el Sitio 3 de las inyeccio-

nes de prueba en el proyecto de Arcediano (Curva roja – P, Verde – S, azul – T) 84: Distribución de las cantidades inyectadas con la profundidad encontrados en el Sitio 4 de las

inyecciones de prueba en el proyecto de Arcediano; arriba: primarios, medio: secundarios, aba-jo: terciarios

85: Ilustración esquemática para las cuatro combinaciones entre los valores Q10’ y QS 86: Mujib Dam (Jordania), margen derecho, resultados significativos de la primera fase de las in-

yecciones 87: como 86 - Comparación de los resultados significativos de la 1 y 2 de las Inyecciones 88: Relaciones entre presiones y cantidades inyectadas en las fases 1 y 2 89: Diaclasas cortas y estrechas absorben cantidades pequeñas de poca reducción 90: Diaclasas amplias y extensas causan tomas grandes ya en los primarios 91: Caliza cárstica exige barrenos adyacentes a corta distancia; los primarios absorben mucho, los

siguientes relativamente poco 92: Cavidades atípicas causan absorciones grandes que falsifican las cantidades promedias 93: Presa de Panix (Suiza), se renuncio de la pantalla de inyecciones y trató solamente dos zonas

cársticas

VIII

Anexos 1 Compilación de temas 2 Criterios de decisión 3 Pruebas de agua 4 Hidrogeología, profundidad y extensión 5 Inyectabilidad 6 Tecnología y ejecución 7 Registro manual 8 Evaluación

1

1. Introducción El macizo rocoso que forma el subsuelo de una cortina tiene normalmente cierta permeabilidad. Per-meabilidades demasiado grandes y el gradiente hidráulico desarrollado por el embalse causan filtracio-nes que pueden resultar en:

• Pérdidas de agua inaceptables, • Daños por erosiones, y • Subpresiones demasiado altas.

En esta obra se discuten todos los aspectos y los factores de relevancia para un dictamen sobre el estado del subsuelo respecto a su permeabilidad y, en consecuencia, a la necesidad de impermeabilizarlo. De-bería ayudar a todas las personas que diseñan, convocan, ejecutan, supervisan, evalúan e interpretan, tanto las pruebas de agua del tipo Lugeon para investigar la permeabilidad así como también las obras para la impermeabilización de roca por medio de inyecciones de sólidos. Primeramente se tratan los fundamentos mecánicos e hidráulicos relevantes. Después se describen los aspectos tecnológicos de la ejecución de las pruebas de agua y de las inyecciones de roca. Las condi-ciones hidrogeológicas serán discutidas porque forman un factor determinante. Otros complejos son la evaluación de los datos y la presentación e interpretación de los resultados. En relación con el equipo se refiere a unos pocos aspectos particulares. Finalmente se presentan reglas y recomendaciones para la ejecución que serán apoyadas por ‘criterios de decisión’ para los diferentes complejos. En cada proyecto es necesario ensayar la permeabilidad por medio de pruebas de agua en perforaciones de investigación. Ninguna o poca absorción identifica la roca impermeable. Tales rocas no requieren tratamiento. Los casos contrarios son ambiguos: las pruebas de agua registran la permeabilidad alrede-dor del sondeo que no refleja necesariamente la permeabilidad del subsuelo entero entre aguas arriba y aguas abajo, lo que depende de las condiciones hidrogeológicas del sitio. Las condiciones hidrogeoló-gicas actúan como factor determinante, o sea como criterio de mayor importancia. Por eso es necesario discutirlas: bajo condiciones favorables los resultados de las pruebas de agua pierden su validez. Por ejemplo: es bien posible que las pruebas de agua aparentemente indiquen roca permeable, mientras que el macizo rocoso entero incluye intercalaciones impermeables o de poca permeabilidad que no requie-ren tratamiento. Roca permeable no es necesariamente inyectable y por lo tanto debe investigarse también la inyectabi-lidad individual. La roca permeable que no es inyectable debe tratarse con otra tecnología. Para roca inyectable se prevé una impermeabilización por medio de inyecciones. El manual ilustra la importancia de aspectos y factores relevantes con referencia a ejemplos correspon-dientes a proyectos reales. Por fin el manual propone y recomienda en el Capitulo 9 ‘Instrucciones re-sumidas’ que explica con más detalles los Anexos 1 hasta 8. El Anexo 1 compila todos los temas esen-ciales y el Anexo 2 presenta los ‘Criterios de decisión’. Los demás anexos resumen los detalles respec-tivos de las ‘Pruebas de agua’ (Anexo 3), de las ‘Condiciones hidrogeológicas’ (Anexo 4), de la ‘Inyec-tabilidad’ (Anexo 5), de la ‘Tecnología y ejecución’ (Anexo 6), del ‘Registro manual de datos’ (Anexo 7) y de la ‘Evaluación’ (Anexo 8). Estas instrucciones, junto con sus anexos, pueden por si utilizarse directamente como manual.

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Figura 4: Tipos E Diaclasas parcialmente abiertas, pero en parte relle-nas de material suelto. Áreas azules - roca fresca, áreas marrones – roca alte-rada

Figura 3: Tipo C Intersección de pla-no de estratificación e diaclasas parcial-mente abiertas; áreas azules - roca fresca, áreas marrones – roca alterada

4

Figura 5/1: Tipo B Vías de agua aisladas, localizadas a lo largo de una junta localmen-te un poco abierta, los chorros finos iden-tifican conductos re-dondos de diámetros de ≤ 2mm

Figura 5/2: Tipo B Vía de agua aislada, localizada a lo largo de una junta localmente abierta, el chorro identi-fica conducto ‘redondo’ del diámetro de ≤ 10 mm

Figura 5/3: Tipo B Vía de agua aislada, localizada a lo largo de una junta localmen-te abierta, el chorro identifica conducto alargado de pocos centímetros

Figura 5/4: Tipo B Vías de agua sepa-radas, localizadas a lo largo de la misma junta, con la parte cerrada entre los dos conductos, cada uno se extiende sobre algunos centímetros

5

2.2 Relación entre la geometría de las vías de agua y las cantidades absorbidas Maurice Lugeon implementó la ‘prueba – o ensayo - de agua’ como método para examinar y determi-nar la permeabilidad de un macizo rocoso. En 1933 clasificó una roca como prácticamente impermea-ble cuando absorbe en una prueba de agua ≤ 1 l/min*m a una presión de 10 bar [2]. Desde entonces se usó este ‘criterio de Lugeon’ para decidir sobre la ejecución de inyecciones porque se suponía que las absorciones mayores identificarían roca ya permeable. De esa manera la unidad Lugeon recibió una posición clave y por lo tanto era sumamente interesante determinar la geometría de aquella vía de agua que fuera capaz de absorber esta cantidad. Después de haber examinado y determinado las formas más comunes de las vías de agua que existen en macizos rocosos se modelaron tales conductos lo más natural posible con el fin de llevar a cabo ex-perimentos de laboratorio. Ante todo se prepararon modelos de vías pequeñas en forma de tubos redon-dos y diaclasas estrechas. El diámetro mínimo de los tubos era de 1 mm y la fisura más fina tenía una apertura de 0.2 mm y una anchura de 20,8 mm. Ambas piezas tenían una longitud de 300 mm. Tanto este tubo como las diaclasas finas absorbieron en los experimentos 1 l/min a una presión de 10 bar, es decir, la cantidad que corresponde a la Unidad Lugeon. Los detalles están descritos en [3]. Se concluye de los resultados que

• Cantidades pequeñas del orden de unas pocas Unidades Lugeon - ≈ ≤ 5 UL – son absorbidas por vías aisladas diminutas

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2.4 Presión requerida para iniciar y mantener la inyección El flujo de líquidos por conductos – no importa si son túneles o tubos o grietas o fisuras – requiere cier-to gradiente hidráulico (o presiones) para superar la fricción a la entrada y después a lo largo del cami-no. Estas pérdidas se suman al factor τ0 arriba mencionado. En el programa de experimentos de laboratorio se investigó también la relación entre la geometría de los conductos y la presión requerida para la inyección de suspensiones; en [3] se describen los detalles. En estos ensayos se examinó el comportamiento también de dos tipos de conductos: redondos y fisuras alargadas. A cada grupo pertenecían vías con aperturas mínimas de 0.2 mm y máximas de 15 mm y 20 mm, respectivamente. Se llevaron a cabo los ensayos en tres fases: con la longitud original de los mo-delos y con los modelos acortados, es decir con longitudes de 900, 600 y 300 mm, respectivamente. Figura 9 resume los resultados de los ensayos para los modelos de 300 mm. Se usó para todos los ensa-yos una mezcla de A/C = 1, con 3% de bentonita. Cada vez se determinó la ‘presión inicial’ que se re-quiere para iniciar el flujo y también la presión mínima requerida para mantenerlo. Los resultados con-firman tanto lo esperado e igualmente los cálculos a base de las formulas que describen el comporta-miento de flujo de los líquidos: La inyección de conductos muy estrechos de cualquier geometría exige presiones altas – una fisura con apertura de 0.2 mm exige una presión de aprox. 12 bar, conductos re-dondos necesitan presiones aún mayores. Las presiones requeridas aumentan con la viscosidad de la suspensión y la longitud de las vías entre el barreno y el punto de la bifurcación de tales vías. Lo con-trario aplica para viscosidades menores y vías más cortas – el flujo empieza a presiones reducidas.

Figura 8: Comportamiento de flujo de líquidos, según KUTZNER [4] (1) – gradiente de corte D (2) – tensión de corte τ

(3) – limite de flujo τ0 η – viscosidad

8

2.5 Penetrabilidad diferente Los experimentos de laboratorio sirven para examinar las características hidráulicas de diaclasas mode-ladas. Por ejemplo, es posible reconocer las cantidades de agua que absorben modelos diferentes y si-multáneamente grupos de ellos, como ilustra Figura 7. Asimismo se puede determinar la relación entre la presión requerida y 1) las diferentes aperturas, formas y longitudes de las diferentes grietas y 2) la (cohesión y) fluidez de las diferentes suspensiones. Sin embargo, la validez – o aplicabilidad – de tales conocimientos a la práctica es limitada: En un expe-rimento de laboratorio cualquier grieta diminuta será penetrada por una suspensión suponiendo que se aplique suficiente presión. Mientras que no haya otra salida, la grieta necesariamente será penetrada. Tal condición es transferible – y aplicable – solamente a un tramo de un barreno que interseca exclusi-vamente grietas diminutas y no es susceptible a hidrofracturamientos ya a presiones bajas. Por su-puesto, una roca de tal estado no exige una impermeabilización porque normalmente las grietas finas no causan permeabilidades inaceptables que exigirían un tratamiento. En realidad cada tramo de inyección apenas tendrá varias diaclasas de condiciones hidráulicas iguales – o similares. Lo contrario será lo más común: desigualdad de las vías de agua, con condiciones hidráu-licas igualmente disimilares – hecho que tiene consecuencias importantes. Hace tiempo HOULSBY [5] supuso que los diferentes conductos intersecados en el mismo tramo serían penetrados e inyectados simultáneamente. Esa suposición nunca se confirmó por la escasez de las capas de cemento inyectado que se constata (casi) siempre en los núcleos de barrenos de verificación, hecho sorprendente – por lo menos a primera vista. Con frecuencia se buscan en vano testigos de la inyección – a pesar de su ejecución correcta. En consi-deración de la disimilitud de las condiciones hidráulicas dicha rareza es bien comprensible:

• Durante el mismo proceso de inyección se penetra y llena en cada tramo al comienzo aquel con-ducto más ancho que activa la fricción más pequeña, los demás conductos se quedan abiertos entre tanto.

• Junto con el llenado progresivo de la inyección del primer conducto se aumenta la presión, lo que resulta entonces depende de la interacción de varios factores:

Figura 9: Relación entre las aperturas y las presio-nes requeridas para iniciar y mantener el flujo de una suspen-sión de A/C = 1 en conductos modelando vías de agua en roca

9

* Quizás la presión sube pronto y el conducto de la segunda amplitud – algo menos ancho y por lo tanto activando algo más fricción – está situado encima de la grieta ya inyectada, en-tonces puede penetrarse e inyectarse también.

* A pesar de tal posición favorable, en caso de que el aumento de la presión tarde mucho, la entrada de aquel conducto puede ser taponada.

* Lo mismo ocurre si el conducto de la segunda amplitud atraviesa el barreno debajo de la grie-ta ya inyectada.

Por fin debe recordarse el hecho que los tramos normalmente tienen longitudes entre 3 y 5 m. No serán muchos conductos que puedan ser penetrados e inyectados – pues, la escasez de los testigos de cemento arriba mencionada es explicable porque está causada por las diferentes condiciones hidráulicas de las vías de agua. El mapeo de las vías de agua expuestas a lo largo de paredes de roca nos enseña que existe una gran variedad de tipos en cuanto a la geometría de las vías y su distribución: Existen rocas con grietas o fisuras relativamente uniformes – o similares – y otras con conductos muy distintos. Un inventario de muchos casos demuestra que prevalecen las rocas con conductos desiguales. La Figura 10 ilustra el efecto de tales diferencias – geometría y características hidráulicas – a la inyec-tabilidad: La inyección llena al inicio el conducto más ancho; las vías finas tienen oportunidad de ser penetradas solamente en caso de una posición encima del inicialmente inyectado – bajo la condición de que la inyección del primer conducto ocurra rápido para que las entradas a las vías finas queden accesi-bles todavía; en caso contrario las entradas pueden ser selladas entretanto. Esas diferencias y los diferentes tipos de roca sugieren que

• La desigualdad de las vías de agua empeora la inyectabilidad mientras • La uniformidad – mejor dicho: la similitud – de las vías de agua mejora la inyectabilidad.

La relación entre la geometría de las vías de agua, la viscosidad de las suspensiones y las presiones requeridas para penetrar es bastante complicada por sí solo. Sin embargo, con bastante frecuencia hay otro factor que hace la interacción de los factores aún más complicada: la dilatación de las grietas abiertas y la susceptibilidad de las discontinuidades a fracturarse por causa de presiones relativamente altas. 2.6 Deformaciones de la roca causadas por las presiones de inyección Las presiones aplicadas en las pruebas de agua y en las inyecciones de suspensiones pueden deformar la roca alrededor de los tramos tratados. Estas deformaciones pueden cambiar también las vías de agua ya existentes y los planos latentes creados por estratificación o esquistosidad o cualquier paralelismo de los cristales como lo muestra el gneis, por ejemplo. Las formas más importantes de estas deformacio-nes cambian la permeabilidad y la inyectabilidad. La dilatación (Figura 11) de una fisura sucede normalmente en forma continua, es decir la absorción crece sobre-proporcionalmente a la subida de la presión producida por los escalones de presión si-guientes. Por supuesto, ese aumento no empieza todavía durante presiones bajas sino después de haber alcanzando un cierto nivel que es distinto de un tipo de roca al otro.

10

Figura 10: Debido a condiciones hidráulicas desiguales los conductos relativamente anchos se llenan primero, conductos pequeños solo serán inyectados si la presión sube pronto y las entradas no son taponadas.

El hidrofracturamiento (Figura 12) ocurre si la presión efectiva tanto en las pruebas de agua como en las inyecciones de suspensiones excede la resistencia a la tensión a través de los planos latentes. De todos los planos que atraviesan un tramo del barreno la presión abre siempre el plano más débil mien-tras que los demás se quedan cerrados. Aquella presión que causa el aumento sobre-proporcional o que abre planos latentes se considera como la ‘presión crítica’ (Capitulo 3.3). La presión crítica es una característica individual cuya magnitud de-pende de varios factores geotécnicos que se discuten en [3]. Una fisura dilatada aumenta la permeabilidad, un plano rajado que ocurre en roca originalmente im-permeable produce una permeabilidad provocada. Depende de los factores geotécnicos si la dilatación desaparece y si el plano rajado se cierra con el descenso de la presión – o si se queda una cierta parte de la deformación. Es absolutamente indispensable conocer la deformabilidad de cada macizo rocoso, en virtud de que:

• Las presiones altas causadas por el embalse pueden aumentar la permeabilidad original del sub-suelo.

• Cada tipo de roca tiene su propia susceptibilidad al hidrofracturamiento, es decir su ‘presión crí-tica’ individual que se puede determinar por medio de pruebas de agua, debe ser conocida para determinar la presión de inyección apropiada para evitar consumos demasiado grandes de ce-

11

mento. Tal consumo tuvo lugar en el caso del ejemplo elegido para la Figura 12: Los núcleos muestran capas gruesas de cemento que rellenan los planos fracturados.

Figura 11: Vía de agua abierta puede ampliarse por causa de presiones (ilustración esquemática):

Izquierda: Tramo ensayado de un barreno con vía de agua en estado original, Centro: Tramo ensayado de un barreno con vía de agua dilatado Derecho: Diagrama P/Q, la absorción sobre-proporcional a causa de la dilatación

Figura 12: Los planos de estratificación latentes se fracturaron ya a presiones bajas y fueron llenados después con suspensión de cemento – proceso que ocurrió repetidamente debido a la fisibilidad pronunciada de las capas intercaladas de limolita.

Como se describe arriba, las pruebas de agua permiten identificar y manifestar las deformaciones, su-poniendo que la presión aplicada excede la resistencia de la roca. La posibilidad de analizar la defor-mabilidad depende de la relación entre la resistencia de la roca y la presión máxima aplicada en las pruebas:

• Roca blanda sufre deformaciones a presiones muy bajas como ilustra la Figura 12 con el dia-grama P/Q de la prueba de agua – 3 bar bastaban para fracturar los planos de estratificación.

• Roca dura exige presiones altas – a veces superan los 20 bar – y aún más.

Arenisca con capa de limolita intercalada Fracturamiento Rellenado con suspensión Intrusión repetida con lechada si continua el inyectado

12

Las presiones máximas deberían exceder en un 30% la presión hidrostática producida por el embalse. En caso de embalses altos se debe aplicar en las pruebas de agua presiones máximas del orden arriba mencionado. Tales ensayos permiten casi siempre conocer y manifestar la deformabilidad. Eso es dis-tinto en el caso de embalses bajos: Las presiones bajas aplicadas en las pruebas de agua no pueden identificar deformaciones en roca dura sino solamente en rocas de muy poca resistencia – como lo muestra el caso de la Figura 12: debido a la pequeña presión hidrostática (1.5 bar) se llevaron a cabo las inyecciones también con presiones bajas (3 y 4 bar); sin embargo, se fracturaron los planos de estratifi-cación que tenían una presión crítica de aprox. 2 bar; esta discrepancia completamente inesperada re-sultó en un gran consumo de cemento. La inyección debe impermeabilizar la roca lo más eficientemente posible. Sin embargo, tal meta no es siempre alcanzable porque hay dos factores contradictorios: La penetración de diaclasas finas exige presiones bastante altas mientras aquellas discontinuidades latentes se fracturan ya a presiones modera-das. Esos hechos causan para los varios tipos de rocas una inyectabilidad individual que solamente permite diferentes grados de impermeabilización. 3. Pruebas (Ensayos) de Absorción de agua: aspectos tecnológicos Es el propósito de los ensayos de absorción de agua en conocer la permeabilidad. Tramos sin absorber agua indican roca impermeable. En principio, la absorción de agua identifica roca permeable. Sin em-bargo, según la explicación anterior no hay una relación directa entre la cantidad absorbida y la per-meabilidad. En realidad no se mide la permeabilidad con las pruebas de absorción de agua sino la capa-cidad de la roca alrededor del tramo ensayado de absorber agua, es decir, estos ensayos sólo indican la ‘capacidad de absorción’. 3.1 Tipos LUGEON recomendó para la ejecución de las pruebas de agua escalones de presión ascendentes segui-dos por escalones descendentes según el esquema general: A-B-C-D-C-B-A. Esos escalones tenían el objetivo de explorar si las relaciones entre las presiones y sus cantidades absorbidas ocurren en forma lineal o sobre- o sub-proporcional, indicando así deformaciones de la roca alrededor de los tramos en-sayados incluso sus vías de agua . Hoy en día se practican varios tipos de las pruebas de agua. El grado de desarrollo de un proyecto de-termina la tarea y por lo tanto dependen los tipos del estado de avance del proyecto. Es prudente distin-guir entre

• Investigaciones básicas (IB), • Investigaciones adicionales (IA), e • Investigaciones simples (IS).

3.1.1 Investigación básica (Tipo: IB) Al principio no se conoce el estado de la roca que forma el subsuelo en cuanto a su permeabilidad y deformabilidad y por lo tanto es la meta de estas investigaciones básicas de hacerse una idea al res-

13

pecto. En programas de investigación básica, se deben ejecutar ensayos de agua con escalones ascen-dentes y descendentes como lo ilustra la Figura 13. Figura 13: Prueba de agua completa con escalones ascendientes y descendientes Hole W.L. Depth PM PT Q Q1/10 bar' Q1/10 bar* in m in m in bar in bar in l/min in l/(min*m) in l/(min*m)

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1,40 4,58 1,60 1,90 5,08 3,40 2,40 5,58 6,80 2,90 6,04 14,60 3,40 6,48 25,00 3,90 6,73 49,00 4,40 6,89 72,20 4,90 7,11 87,00 4,08 4,90 7,01 92,00 3,90 6,28 78,00 2,90 5,57 60,80 1,90 4,79 44,60 0,90 3,95 27,80 0,02 4,08 0,16 40,78 Type: 3 Se necesita saber si las dilataciones de las vías de agua serían grandes o pequeñas y si ocurren en forma reversible o irreversible? Además se busca información respecto a las presiones críticas porque las grandes presiones hidrostáticas causadas por embalses altos pueden fracturar planos latentes, que en-tonces podrían aumentar la permeabilidad del subsuelo; además se necesita saber las presiones críticas para la definición de las presiones máximas para la ejecución de las inyecciones. La determinación de las presiones críticas es simple en caso del hidrofracturamiento porque a presio-nes bajas la roca se mantiene impermeable y no absorbe agua. Una presión suficientemente alta rompe un plano latente y en este momento empieza la absorción. Al contrario puede ser difícil determinar la presión crítica que causa la dilatación de una vía abierta porque normalmente es un proceso continuo – al principio comienza lentamente y se acelera después; aquella presión que inicia la aceleración es prudentemente considerado como presión crítica. Para reconocer la deformación de la roca y sus vías de agua y planos latentes se deben llevar a cabo estos ensayos con múltiples escalones de presión ascendentes seguidos por escalones descendentes. Tanto el número de los escalones como los intervalos entre ellos, dependen de las condiciones geológi-cas, las dimensiones del proyecto, el propósito de las investigaciones y, por supuesto, aspectos econó-micos. Muchos escalones con intervalos pequeños revelan las deformaciones con mayor precisión. Por ejem-plo: en una secuencia de escalones de 1-3-5-7-9-7-5-3-1 bar se nota la primera absorción de agua a la presión de 7 bar, entonces vale: Pcrit ≥ 5 ≤ 7 bar, mientras una secuencia de 1-5-9-5-1 bar resultaría en: Pcrit ≥ 5 ≤ 9 bar.

14

Tanto el número de los escalones como su magnitud dependen de los hechos hidráulicos. Una prueba de agua con intervalos pequeños es fácilmente realizable en caso de embalses de alturas menores de 100 m. Entonces se pueden aplicar cinco escalones ascendentes seguidos de cuatro escalones descen-dentes – quizás en una secuencia de 1-3-6-9-12-8-4-2 bar. Los embalses más altos – ejemplo: 200 m – plantean la tarea de que en realidad se exigirían aún más escalones para cumplir con el requisito de aplicar presiones que superen la máxima presión hidrostá-tica, pero mantener al mismo tiempo los intervalos pequeños para explorar las deformaciones lo más exacto posible. Por supuesto, por razones económicas el número de los escalones tiene que ser limitado y por lo tanto hace falta encontrar el número de escalones de presiones. Quizás de manera de que se realice en la primera fase de las investigaciones en algunos barrenos representativos pruebas de agua con las presiones máximas requeridas con tantos escalones ascendentes como lo permitan intervalos de 3 bar mientras se reduzca el número de los escalones descendentes. Después de haber reconocido y determinado lo típico de las deformaciones entonces se puede reducir el número de los escalones y – si los resultados lo permiten – también las presiones máximas. 3.1.2 ‘Investigación adicional’ (IA) A menudo se llevan a cabo investigaciones adicionales con el fin de confirmar y ampliar los conoci-mientos básicos ya obtenidos. Entonces ya se conocen la dimensión de la permeabilidad y el compor-tamiento de las discontinuidades frente a presiones ascendentes y descendentes. Estos ensayos del tipo IA pueden hacerse solamente con escalones ascendentes (A-B-C-D) y quizás con menos intervalos (Figura 14). Figura 14: Prueba de agua de escalones ascendientes para confirmar y ampliar los conocimientos

Profundi-dad PM PT Q Q1/10 bar' Q1/10 bar*

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15 a 20 2,00 2,04 0,50 0,05

6,00 6,04 1,30 8,00 8,04 2,20 10,00 10,04 2,70 10,00 10,04 2,70 0,05 0,05 0,05 0,49 0,54 Type: 4

3.1.3 ‘Investigación simple’ (IS): A veces se requiere determinar solamente la permeabilidad original. Entonces pruebas de agua de un solo escalón sirven para obtener esa información – por ejemplo durante un programa de inyecciones para comparar la permeabilidad original con la permeabilidad reducida por las inyecciones ya ejecuta-das (Figura 15).

F

3 Ap 3 Lg 3 EtP

cPPPαPP

Figura 15: P

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20 to 25 0

3.1.4 Absor

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17

La aplicación de las fórmulas (1) y (2) antes mencionadas incluye el parámetro PF – la pérdida por fric-ción que tiene importancia para los casos de absorciones grandes y barrenos hondos porque determinan los parámetros v² (velocidad del flujo) y L (longitud de los tubos). El parámetro λ se determina, to-mando en cuenta la rugosidad k del tubo y el número de Reynolds. Las formulas correspondientes están programadas y determinan la pérdida de presión de manera iterativa. La Figura 18 muestra el encabe-zado del formato para los ensayos de agua generados por el programa GRT2002. Los parámetros gene-rales están en el encabezado, los datos de todos los ensayos incluso el diagrama P/Q siguen a conti-nuación. Cada diagrama recibe su propia escala para presentar la relación P/Q de manera óptima. Para comparar todos los diagramas de un proyecto GRT2002 se generan además todos los diagramas a una misma escala, Figura 19 presenta un ejemplo. Figura 18: Ejemplo del formato presentando las pruebas de agua generado por GRT2002 (muestra solamente el primer ensayo, continuación parcial en Figura 20)

Project: Siah Bishe

Work: W/P-Tests

Etapas: Sia-NWP-all.WPT

Hole No.: NWP-3

Coordinates (x, y, z): 49795,00 79535,00 1886,00

Type of drilling: with core-recovery Inclination: 90° Diameter of hole: 76 mm Internal diameter of pipe: 25.4 mm Rock: Shale etc Roughness pipe: 0.01 mm Distance Hole-Manometer: 3 m

Hole W.L. Depth PM PT Q Q1/10 bar' Q1/10 bar*

In m in m in bar in bar in l/min in l/(min*m) in l/(min*m)

14,50 10 to 15 2,00 3,22 0,80 0,11 6,00 7,22 1,80 8,00 9,22 2,30 10,00 11,22 2,80 0,05 0,11 0,05 1,05 0,48 Type: 4

18

Figura 19: Diagramas P/Q usando la misma escala

3.3 Presión crítica Como ya fue introducido, la deformabilidad de la roca junto con la presión de inyección pueden dilatar vías de agua y rajar discontinuidades latentes. Se habla de ‘dilatación’ e ‘hidrofracturamiento’. Mien-tras que las dilataciones ocurren en tramos que intersecan vías abiertas en roca permeable, los hidro-fracturamientos abren planos latentes en roca originalmente impermeable. Estos planos deben poseer cierta fisibilidad, la cual viene de la estratificación de sedimentos o de la esquistosidad o del metamor-fismo que produce paralelismo de sus cristales. Se reconoce – y determina – la presión crítica en los diagramas P/Q (Figuras 12, 13 y 20), posibilidad que aumenta el valor de las pruebas de agua como método geotécnico. Figura 20 demuestra una secuencia de pruebas de agua que siempre sufren hidrofracturamiento. Las presiones críticas no suben con la profundidad sino varían entre ≥ 6 ≤ 8 bar. Investigaciones recientes constataron la siguiente relación entre la profundidad y la magnitud de las presiones criticas:

• Hasta cierta profundidad la roca está más o menos alterada. Allí la resistencia a la tensión es re-ducida, por lo menos a lo largo de las discontinuidades. En esta zona las presiones críticas de-penden de la carga de la roca encima del tramo ensayado, es decir, las presiones críticas de-penden de la profundidad y aumentan hacía abajo hasta que la influencia de la alteración des-aparezca (Figura 25). La profundidad de esta zona varía, lo que depende de los factores geo-morfológicos. Puede terminar después de unos metros o continuar hasta unos diez metros.

• Más abajo las presiones críticas dependen de la resistencia de la roca alrededor de los tramos ensayados. No depende de la profundidad sino se mantiene su magnitud aunque varia debido a las propiedades locales. Por lo tanto, las presiones críticas no suben hacia abajo sino mantienen su magnitud (Figuras 20 y 25). Por supuesto, el margen de variación difiere de un tipo de roca al otro.

Se analizaron detalladamente los hidrofracturamientos que ocurrieron en las pruebas de agua que se llevó a cabo para 19 proyectos en España. Esta cantidad de proyectos junto con la gran variación de las condiciones geológicas que existe allá, garantiza que ésta investigación cubre prácticamente todas las condiciones geológicas. Las Figuras 21 - 24 ejemplifican las presiones críticas que se observaban en casos típicos. El estudio discutió también unos 32 proyectos examinados en otros países y por lo tanto se logró un resultado representativo. Se describieron los detalles en [6].

Fg

Figura 20: Sgura 18)

Secuencia de ppruebas de aggua mostranddo hidrofractuuramiento (paarte de la prueeba de agua

19

de la Fi-

21

o rajarse no atraviesan todos los tramos ensayados. Esa susceptibilidad depende de los hechos geológi-cos en macizo rocoso. Las pruebas de agua que muestran dilataciones o hidrofracturamientos alcanzan a las porciones siguientes:

Dilatación Fracturamiento Figura 21 57% 0% Figura 22 5% 3% Figura 23 5% 21% Figura 24 11% 22%

Considerando todos lo proyectos aquí analizados se logra la siguiente distribución de las presiones crí-ticas:

Magnitud Porción Pcrit = < 5 bar: 17,8 % Pcrit = 5 – 10 bar: 64,4 % Pcrit = 10 – 15 bar: 11,1 % Pcrit = 15 – 20 bar : 0,0 % Pcrit = 20 – 25 bar : 2,2 % Pcrit = 25 – 30 bar : 2,2 % Pcrit = > 30 bar: 2,2 %

Incluyendo aún más y otros proyectos se modificarían las proporciones. Sin embargo, en consideración del gran número de proyectos aquí analizados no se obtuvieron otras magnitudes sino que solamente modificaciones marginales. Los hechos de que las presiones críticas son relativamente bajas y no au-mentan con la profundidad sino mantienen su margen de variación hacia abajo, son sumamente im-portantes para la definición de las presiones de inyección. Se explican estas conclusiones en el Capítulo 5.13.2. Figura 25: Relación entre liga de roca y Pcrit: A – Pcrit sube con la profundidad en roca fracturada y relajada; B – Pcrit se mantiene igual en roca fresca.

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23

En el pasado reciente se descubrió que el criterio Lugeon en realidad no describe la permeabilidad, sino que solamente la capacidad de la roca alrededor de un tramo del barreno para absorber agua. El marco aquí disponible no permite tratar los detalles que están descritos en [7]. Además hay una deficiencia que resulta del hecho de que el criterio se refiere a una presión de referen-cia considerada por Lugeon con 10 bar. Esta práctica desatiende la deformación de la roca como ejem-plifica el diagrama P/Q de la Figura 27: La roca alrededor del tramo ensayado es originalmente imper-meable pero susceptible al hidrofracturamiento: a una presión entre 3 y 5 bar se fracturan planos laten-tes que desde entonces pueden absorber mucha agua – en este ensayo alcanzan a 35.6 UL, cantidad que aparentemente describe una roca bastante permeable. Tanto los diagramas P/Q de la Figura 20 así como también los diagramas de puntos (Figuras 21 – 24) demuestran convincentemente la importancia y la frecuencia del fenómeno del hidrofracturamiento. Con el fin de caracterizar no solo la permeabilidad original sino también el efecto de las deformaciones en los resultados de las pruebas de agua se introdujeron los ‘parámetros de absorción’ Q1’/Q10’ y Q1*/Q10* que describen el estado original y el estado deformado, respectivamente (Figura 28):

• Q1’ – parámetro de absorción de la roca en su estado de permeabilidad original a la presión de 1 bar.

• Q10’ – dto., linealmente extrapolada a 10 bar, es decir, a la presión de referencia del Criterio Lu-geon.

• Q10* – parámetro de absorción a la presión máxima según las condiciones hidráulicas del pro-yecto; indica el estado de las vías de agua posiblemente dilatadas o fracturadas.

• Q1* – dto., linealmente interpolada a 1 bar Estos parámetros consideran las diferentes formas de la dilatación e hidrofracturamiento y las relacio-nan además con las diferentes condiciones hidráulicas de los embalses de diferentes alturas. Los deta-lles se explican en [7].

Figura 28: Parámetros de absorciónFigura 27: Permeabilidad original: 0 UL; interpretación falsa: 35.6 UL

24

4. Condiciones hidrogeológicas Las condiciones hidrogeológicas son esenciales, tanto para la validez de los resultados de las pruebas de agua como también para la extensión de la impermeabilización en caso que una gran permeabilidad del subsuelo lo exigiera. Este tema incluye los siguientes componentes:

• La validez de los resultados de las pruebas de agua para el dictamen en cuanto a la necesidad de impermeabilizar el subsuelo;

• La profundidad de la impermeabilización; • La extensión de la impermeabilización debajo de la cortina; • La extensión lateral de la impermeabilización debajo de las laderas.

Para la impermeabilización – o el tratamiento – del subsuelo se usan varias tecnologías como inyeccio-nes o, la instalación de un diafragma por medio de ‘jet grouting’ o, de excavar una zanja mediante una fresadora y reemplazar la roca por el material elegido para el diafragma. Al cumplir con el propósito de este manual se trata aquí exclusivamente de las inyecciones, es decir: de la instalación de pantallas de inyecciones. 4.1 Validez de los resultados de las pruebas de agua Los valores Lugeon que resultan de las pruebas de agua caracterizan la permeabilidad de la roca sola-mente alrededor del barreno. Puede ser bastante diferente de la permeabilidad de toda la cimentación. Es ésta la que determina las filtraciones por el subsuelo desde el embalse hacia aguas abajo Las condiciones hidrogeológicas pueden coincidir con los valores Lugeon o pueden distinguirse, Figura 29 ilustra ambos casos: A – Subsuelo de permeabilidad uniforme; los resultados de las pruebas de agua coinciden con las con-

diciones hidrogeológicas; en caso de grandes valores Lugeon exigen una pantalla de inyecciones. B – El subsuelo incluye capas impermeables; hay discrepancias entre las condiciones hidrogeológicas y

los resultados de las pruebas de agua; a pesar de grandes valores Lugeon no exigen una pantalla de inyecciones.

Es costumbre todavía que las condiciones hidrogeológicas queden desatendidos: se basa la decisión respecto a la instalación de una pantalla predominantemente en los valores Lugeon. Casi nunca se aprovechan las condiciones hidrogeológicas favorables aunque permitirían una reducción grande de la

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Se supuso que existe una multitud de fisuras finas en las piedras are-niscas que son capaces de absorber mucho agua pero no son inyecta-bles porque son inaccesibles para el cemento debido a sus aperturas estrechas, es decir, la roca era apa-rentemente permeable pero no era inyectable. ‘Aparentemente’ porque los valores Lugeon simulan roca permeable que existe solamente alrededor de los tramos ensayados en la arenisca mientras el macizo rocoso tiene muy poca permeabili-dad sobre la distancia entre aguas arriba y aguas abajo debido a la repetida inclusión de las capas de milonita. Después de haber verifi-cado la suposición mediante una serie de ensayos especiales, se de-cidió renunciar a una pantalla. Tanto la cantidad de las filtraciones (en total por toda la cimentación: 0.5 l/s) como la reducción de la subpresión (Figura 33) confirmó que se tomó una decisión apro-piada. Resumen: Si existen en roca per-meable zonas intercaladas de poca permeabilidad, pierden su validez los resultados de las pruebas de agua. Entonces es bien posible que el subsuelo no exige una imper-meabilización porque tales zonas ya forman una pantalla natural.

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28

La profundidad de una pantalla traslapada que funciona como pared impermeable depende de la des-viación de los barrenos. Los barrenos normalmente se desvían – y esto sucede usualmente en diferentes direcciones. A partir de cierta profundidad las desviaciones de los barrenos vecinos resultan tan gran-des que sus zonas inyectadas no se traslapan y quedan ventanas en la pantalla. El comportamiento de desviación varía bastante y depende de los hechos geológicos (dureza, orientación de discontinuidades) y del tipo de perforación. A veces vale la pena perforar con una tecnología más costosa, porque se ob-tiene mayor profundidad que – quizás – baste para conectar la pantalla con la zona ‘impermeable’ y posiblemente menos desviaciones. Así se podría aprovechar mejor el efecto de la pantalla conectada. Hay condiciones que causan para las para líneas de flujo un alargamiento relativo muy pequeño – o prácticamente ninguno – , entonces la pantalla no tiene efecto y ya no es necesaria, como lo muestra el ultimo diagrama de subpresión en la Figura 37. Resumen: En vez de adaptar la profundidad de la pantalla de inyecciones, antes de diseñar la pantalla se debe examinar si existen zonas menos permeables que permitan la instalación de una pantalla conec-tada. 4.3 Reducción de una pantalla colgante por causa de suelos aluviales La pantalla colgante desvía las líneas de flujo alrededor de su pie. Esta desviación alarga las líneas de flujo entre aguas arriba y aguas abajo y asimismo reduce el gradiente hidráulico. Por eso el alarga-miento en relación a la longitud original determina el efecto hidráulico de una pantalla colgante. Condiciones particulares pueden causar alargamientos que en relación con la longitud original resultan completamente insignificantes. Tales pantallas – o partes de ellas – quedan inefectivas y por eso no son necesarias. En el pasado se solía instalar una pantalla casi siempre a través del valle entero – a lo largo de la cortina desde un talud hasta el otro. Hoy día realizamos que condiciones hidrogeológicas particu-lares a veces no exigen la instalación de una pantalla entera sino justifican la limitación de la pantalla a ciertas secciones. Por eso es recomendable examinar el subsuelo si existen parcial- o completamente tales condiciones favorables que hacen sobrar una impermeabilización. A continuación se presenta como caso particular la reducción de la subpresión debajo de la Presa de Twiste (Alemania), que ejemplifica concluyentemente la desproporción extraordinaria entre los gran-des esfuerzos de impermeabilizar un subsuelo muy permeable y muy susceptible al hidrofracturamiento y, la inutilidad de la mayor parte de la pantalla debido a las condiciones particulares. Lamentablemente no se reconoció antes del tratamiento el efecto de tales condiciones sino durante el primer llenado del embalse [3]. Para la instalación de una pantalla colgante se perforaron e inyectaron barrenos verticales en cuatro etapas sucesivas con un espaciamiento final de 1 m entre los barrenos vecinos. Al final se controló el resultado de la inyección con barrenos inclinados. Figura 35 muestra todos los barrenos. Figura 36 indica el eje de la cortina – igual al eje de la pantalla – y la posición del vertedor radial junto con el desagüe de fondo, el túnel del desagüe de fondo y el tanque amortiguador. Ese tanque fue cons-truido encima de una capa del filtro de alivio que sirve como base hidráulica. Las líneas de igual pre-sión piezométrica se refieren a los niveles freáticos que actúan como subpresiones a la base de los alu-viones. Se debe tomar nota que dichas curvas están ajustadas donde la pantalla interseca el túnel del desagüe de fondo, mientras que se alejan hacia los lados, en particular hacia el margen derecho. Las

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4.5 Extensión lateral debajo de las laderas La extensión de una pantalla de inyecciones hacia dentro de las laderas es de importancia particular: si las condiciones hidrogeológicas exigen una extensión larga, entonces se necesita la excavación de tú-neles de acceso, siempre y cuando no se puedan perforar los barrenos desde la superficie, condición que se aplica sobre todo para montaña alta. En general, la pantalla de inyecciones debe extenderse hasta el lugar donde la capa freática se excede encima del nivel máximo del embalse. Por eso las condiciones hidrogeológicas se refieren a la inclina-ción de la capa freática, que depende de la permeabilidad de la roca y de la cantidad de las infiltracio-nes que genera el agua subterránea. Figura 41 muestra diferentes condiciones:

• Margen derecha: La capa freática muy inclinada identifica roca de muy poca permeabilidad. La pantalla necesita poca extensión hacia dentro.

• Margen izquierda: La capa freática de inclinación moderada indica cierta permeabilidad. La ins-talación de una pantalla extensa exige un túnel de acceso.

Figura 42 ilustra la capa freática aguas arriba y aguas abajo de la pantalla de la Presa de Pueblo Viejo (Guatemala). Fue construida en una montaña alta y el subsuelo consiste de roca cárstica. Al inicio se suponía una permeabilidad grande y al igual una capa freática de muy poca inclinación. No hubo tiem-po de investigar detalladamente la situación hidrogeológica y además se regateó de establecer un siste-ma de piezómetros porque hubiese exigido una inversión considerable. Para compensar la falta de co-nocimientos se diseñaron para ambos lados pantallas bastante extensas y para instalarlas se excavó en dos niveles de cada lado túneles de acceso. Los túneles – o galerías – de acceso llegaron hasta 470 m en la margen derecha y hasta 890 m en la margen izquierda, respectivamente. La pantalla recibió una pro-fundidad total de 200 m (promedio). Después se instaló un sistema muy denso de observación, con piezómetros en cada galería tanto hacia aguas arriba como hacia aguas abajo. Figura 42 indica que en las secciones adyacentes a la cortina, la capa freática del lado de aguas arriba fluctúa arriba de la capa freática del lado de aguas abajo, es decir, se nota lo esperado [8]. La sección de la cortina misma muestra que la reducción de la subpresión varia fuertemente de un piezómetro al otro; con aún más piezómetros se podrían reconocer las variaciones todavía en forma más clara. La reducción de la subpresión a través de la pantalla se disminuye a lo largo de las galerías, es decir los niveles freáticos de aguas arriba y aguas abajo se acercan y se adaptan de la siguiente manera:

• Están aproximadamente iguales después de 175 m a la derecha de la cortina, y de 300 m a la iz-quierda.

• Tal estado se mantiene igual para otros 280 m en el lado derecho y 310 m en el lado izquierdo.

Figura 41: Relación entre el nivel máximo del embalse, la inclina-ción de la capa freática y de la extensión lateral de la pantalla de inyección hacia dentro de la ladera (ilustración esquemática)

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37

5. Inyecciones, aspectos tecnológicos Todos los tipos de roca están fracturados y las diaclasas están más o menos abiertas y, en consecuencia, más o menos permeables. El llenado de un embalse causa a través de la cimentación de la cortina un gradiente hidráulico que inicia un flujo de agua desde el embalse hacía aguas abajo. Tal flujo puede dar por resultado

• La pérdida del agua almacenada, • El peligro de erosiones o tubificaciones en el subsuelo, y • Una subpresión inaceptable.

Cada uno de estos factores – y cualquier combinación de ellos – puede perjudicar el funcionamiento de la presa, que en caso de hechos desfavorables requiere de una impermeabilización. Sobre la base de los resultados de las pruebas de agua se decide si – y cual – tratamiento es necesario y posible, que en la mayoría de los casos son inyecciones. Es decir, se inyectan suspensiones de cemento o emulsiones o líquidos químicos para llenar e impermeabilizar las vías de agua. En esta tarea estamos principalmente confrontados con dos hechos desfavorables:

• El grado de impermeabilización alcanzable depende de la inyectabilidad individual (Capítulo 4.3).

• No se conoce ni la geometría ni el lugar de los vacíos que requieren un tratamiento bien adap-tado (Capítulo 4.4).

5.1 Inyecciones ejecutadas en los Sitios 1, 2, 3 y 4 Hasta la fecha se llevaron a cabo inyecciones de prueba en cuatro sitios. Los informes anteriores se refieren a los detalles de sus estados actuales. El Informe No. 6 trata de todos los resultados que sé ob-tuvieron en todos los sitios hasta otoño del 2007 y por lo tanto de momento no es necesario repetirlos detalladamente. Será suficiente resumir lo más importante:

• En cuanto a la inyectabilidad se puede elegir entre 4 tipos diferentes: * Basalto sumamente permeable que exige grandes esfuerzos para su impermeabilización que

es obtenible: espaciamiento entre los barrenos vecinos: ± 1 m, cantidades de sólidos: de 1000 kg/m hasta 300 kg/m en los barrenos.

* Basalto de permeabilidad pequeña hasta moderada que puede impermeabilizarse con un es-paciamiento entre 1 m y 1.5 m, cantidades de sólidos: de 100 kg/m hasta 20 kg/m

* Toba sana de permeabilidad muy pequeña que no requiere tratamiento * Toba alterada de permeabilidad pequeña hasta moderada, que hasta la fecha no fue exami-

nada suficientemente. • Por su dureza y alta resistencia los basaltos no son susceptibles al hidrofracturamiento, mientras

que las tobas blandas ya se fracturan a presiones bajas (≥ 5 ≤ 8 bar) La variación de las diferentes rocas en un corto espacio corresponde a un cambio de permeabilidades e inyectabilidades, hecho que exige una ejecución muy cuidadosa de las inyecciones.

38

5.2 Consecuencias de las deformaciones por la presión El Capítulo 3.3 trata de la ‘presión crítica’ que inicia en una prueba de agua la deformación de las dis-continuidades de manera que

• Causa la dilatación de una fractura ya abierta (Hydrojacking), o • Raja una discontinuidad originalmente cerrada (Hydrofracturing).

La dilatación de las fracturas debe considerarse en realidad como fenómeno ventajoso porque mejora la posibilidad de impermeabilización – por lo menos, mientras que no aumente demasiado las cantidades inyectadas. En cambio, el hidrofracturamiento debería evitarse en las inyecciones de pantalla porque usualmente cuestan mucho tiempo y dinero sin mejorar la situación. Los diagramas P/Q resultantes de las pruebas de agua revelan esas deformaciones con su aumento so-bre-proporcional de las absorciones durante los escalones de presión altos (Dilatación: Figura 11) o con el súbito comienzo de la absorción de planos rajados a presiones altas (Hidrofracturamiento: Figuras 12, 13 y 20). Las capas de cemento que llevan los testigos en la Figura 12 demuestran, junto con su diagrama P/Q que tales hidrofracturamientos no ocurren solamente en las pruebas de agua sino también en las inyecciones. Allá causan consecuencias desventajosas porque provocan grandes consumos de cemento, es decir, empeoran la rentabilidad. No es solamente el consumo exagerado de cemento que aumenta los costos sino, ante todo, las horas adicionales que requieren estas inyecciones. Los hidrofracturamientos ocurren igualmente en pruebas de agua como en inyecciones de cemento. Sin embargo, hay una diferencia importante entre los dos materiales: la columna de una suspensión causa mayor presión que la columna de agua (Figura 16):

• Según P = γ * H la columna de 100 m de longitud vertical de agua produce en una prueba de agua una presión de P = 1 t/m³ * 100 m = 100 t/m² = 10 bar.

• Una suspensión del factor A/C = 0,7 equivalente a γ ≈ 1,5 t/m³, produce P ≈ 15 t/m³ * 100 m = 150 t/m² = 15 bar.

Debido al mayor peso de las suspensiones, las inyecciones que emplean particularmente suspensiones gruesas, aumentan la probabilidad de hidrofracturamientos, hecho que debe considerarse para la defini-ción de la presión manométrica adecuada (Capitulo 5.13.3). 5.3 Inyectabilidad individual Las presiones requeridas para iniciar la penetración en las diaclasas y para mantener el flujo de la sus-pensión dependen de dos factores: las características reológicas de las suspensiones (Capítulo 4.6) y de la geometría de las diaclasas: sus aperturas, de manera que fisuras finas requieren presiones altas, mien-tras que diaclasas amplias requieren poca presión (Figura 9). Por otro lado, tenemos como factor decisivo la relación entre las presiones críticas que abren planos latentes y las presiones requeridas para iniciar una penetración, que por si depende de su cohesión, o sea del factor Agua / Cemento. Las interdependencias entre los tres factores Pcrit y Preq ≈ f (A/C) afecta la inyectabilidad como lo ilustran las Figuras 45 y 46.

39

Anteriormente se suponía que se puede lograr lo deseable, pero hoy en día se empieza a reconocer la inyectabilidad individual, es decir: son las propiedades de las rocas que determinan el grado de imper-meabilización y es necesario definir y aplicar una tecnología que cumpla con los respectivos hechos en lo mejor posible. Esta tecnología comprende:

• Conocer el tipo de la inyectabilidad, sobre todo la geometría de las diaclasas; • Diseñar la geometría de la pantalla: profundidad del tratamiento y disposición de los barrenos -

espaciamiento entre ellos, número de filas; • Adaptar el tipo de la suspensión y la presión a los hechos relevantes de la geología.

Figure 46, izquierda, demuestra los factores que ilustran la inyectabilidad individual: • Aperturas de las diaclasas determinan las presiones requeridas para la penetración – diaclasas estre-

chas exigen presiones altas – y viceversa. . • La resistencia de la roca determina la susceptibilidad de hidrofracturamiento – resistencias bajas no

permiten presiones altas como muestra el ejemplo presentado en la Figure 46: * La penetración de una grieta de 2.5 mm de anchura requiere una presión de 3 bar. Con la presión

crítica mayor de 3 bar – quizás 8 bar – es inyectable: Preq ≤ Pcrit ≈ 8 bar. * En cambio, una fisura de 1 mm exige una presión de 12 bar. La misma presión crítica de 8 bar

no permite la penetración sino causa un hidrofracturamiento: Preq ≥ 12 bar ≤ Pcrit ≈ 8 bar. Figura 46, derecha, relaciona esas condiciones a los resultados de las pruebas de agua: En caso que muchas diaclasas estrechas causan absorciones grandes (caso B arriba), una roca de baja presión crítica tampoco sería inyectable, aunque resulta un gran valor Lugeon (Q ≥ 5 LU). En cambio: una roca del mismo valor Lugeon (Q ≥ 5 LU) es inyectable si esa cantidad sería absorbida por una sola fisura de 2.5 mm de ancho (caso Abajo).

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La geometría de las diaclasas determina la distancia requerida entre barrenos vecinos, el número de las etapas y las cantidades absorbidas por las etapas sucesivas; Izquierdo: cantidades muy grandes en A, pequeñas en B; Derecho: cantidades grandes en A, moderadas en B y pequeñas en C. Para economizar un programa de inyección se practica a veces para los barrenos de las etapas sucesivas el sistema de ‘profundidades escalonadas’ en combinación con presiones crecientes. Los barrenos pri-marios llegan a la profundidad que se ha previsto para la pantalla, mientras que para los barrenos de las siguientes etapas se usan profundidades más cortas. Se supone que la presión creciente causa una ex-pansión de la suspensión más larga que por fin alcanza una impermeabilización traslapada. Ese concepto sirve solamente para una roca sin discontinuidades latentes que no es susceptible al hidro-fracturamiento y que posee diaclasas abiertas de una extensión que es mayor que la distancia entre los barrenos vecinos. Roca susceptible al hidrofracturamiento no aguanta presiones que suben hacia abajo. Tampoco es apropiado para la roca de diaclasas cortas porque los barrenos secundarios y terciarios no las intersecarían y, por lo tanto, resultaría una pantalla con ventanas abiertas.

5.5 Anchura de la pantalla, número de filas Hay dos factores que determinan la anchura apropiada de una pantalla:

• La extensión y la amplitud de las grietas • El gradiente hidráulico máximo

En caso de diaclasas de extensión moderada (pocos metros) y de poca amplitud (< 1 cm), que además son aproximadamente iguales, se logra una pantalla traslapada que funciona como pared ‘impermeable’ por medio de una fila de barrenos. Ese concepto exige las siguientes condiciones:

• El macizo rocoso no es susceptible al hidrofracturamiento y por lo tanto permite presiones altas; y

• No incluye grietas amplias que contengan materiales erosionables porque no aguantarían altos gradientes hidráulicos.

Para el caso de grietas amplias y largas en combinación con diaclasas cortas o para el caso de la pre-sencia de grietas amplias rellenas de materiales sueltos, una pantalla de una sola fila no basta para ins-

Figura 48: Agrupación de los barrenos de las etapas sucesivas en el concepto de ‘Profundida-des escalonadas’

42

entre ellas y su número dependen de los hechos geológicos y del máximo gradiente hidráulico acepta-ble; en general varían entre 1 m y 3 m. Se empieza con los trabajos en la fila de aguas arriba, después sigue la fila de aguas abajo y se termina la impermeabilización con la fila central. En cada fila se aplica la misma secuencia de los barrenos primarios, secundarios, terciarios etc. de las etapas sucesivas, pero los barrenos de cada serie deberían estar orientados a lo largo de orientaciones diagonalmente opues-tas. Normalmente el gradiente hidráulico es más fuerte a través de una pantalla de anchura estrecha que resulta de una pantalla de una sola fila. Tales pantallas no son apropiadas en el caso de que haya diacla-sas amplias y extensas que llevan materiales sueltos. Arenas, por ejemplo, no son inyectables y por lo tanto se quedarían en su estado erosionable. Frente al gradiente alto ese material sería erosionado y transportado hacía abajo y por resultado saldrían diaclasas limpias, es decir: muy permeables. En tal caso sería necesario de proveer una pantalla ancha que resulta en un gradiente suficientemente pe-queño. Por supuesto, puede ser demasiado difícil de cumplir con tal exigencia, sobre todo en caso de embalses profundos, o sea con grandes cargas hidráulicas. Entonces una pantalla de tres filas no bas-tará. Quizás se puede instalar en una galería de cierto diámetro una pantalla de tres filas pero no habrá espacio para aún más. Entonces se debería ejecutar los trabajos de la superficie del terreno, es decir antes de la construcción de la cortina. Queda la alternativa de inyectar materiales químicos que sean capaces de penetrar e impermeabilizar los materiales sueltos para estabilizarlos contra la erosión. Por su supuesto, el uso de materiales químicos resultaría mucho más costoso. El factor ‘numero de filas’ juega un papel particular para la inyecciones de roca cárstica: Con frecuen-cia nos confrontan con el contraste entre roca intacta y densa que prevalece y algunas cavidades aisla-dos cuyas lugares son impredecibles. Aquí los barrenos sirven ante de todo para detectar las cavidades. Se consigue ese objetivo con distancias pequeñas entre los barrenos vecinos a lo largo de una sola fila. Luego se puede añadir barrenos adicionales donde el barreno regular localizó cavidades. En aquel lugar se agregara tantos barrenos como sean requeridos para lograr una impermeabilización traslapada. 5.6 Impermeabilización óptima La relación entre los factores Preq y Pcrit fija la inyectabilidad individual que es particularmente mala si existen planos latentes que se fracturan a presiones bajas, porque todas las diaclasas que requieren pre-siones mayores quedan sin tratamiento. Además hay una impermeabilización óptima que también li-mita el grado del tratamiento, pero por otro mecanismo. La práctica de inyectar en etapas (Capítulo 4.5) deja suponer a primera vista que se debería acortar la distancia entre los barrenos vecinos cada vez con etapas adicionales, en caso de no haber tenido éxito. Entonces sería posible llegar por fin a una distancia entre los barrenos de la última serie de pocos decí-metros. Sin embargo, una distancia demasiado corta entre barrenos vecinos no ayuda sino daña a la estructura de la roca y crea una nueva permeabilidad: la presión causa alrededor del barreno, o sea alrededor del tramo de inyección, un campo de tensión que presiona en el cilindro adyacente la roca y el cemento. En caso de deformabilidades diferentes, las tensiones provocan desplazamientos desiguales a lo largo de los contactos entre ellos, que aflojan la interconexión entre roca y cemento. Tal aflojamiento hace la roca otra vez permeable. Por fin, se concluye: distancias demasiado estrechas entre barrenos vecinos de etapas sucesivas son contra-producentes – no mejoran la impermeabilización sino aflojan la estructura de la roca.. Figura 49 muestra un ejemplo: para comprobar este efecto; se repetían varias veces las

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44

50A: Es claro que las diaclasas verticales no se podrán perforar con barrenos horizontales – excepto

que estén detrás de una pared de roca más o menos vertical y en caso de existir una galería 50B: En casos comunes de diaclasas verticales no podemos alcanzar una intersección perpendicular,

hay que aceptar barrenos inclinados. Los barrenos deberían ser lo menos inclinados posible – quizás 45°; ‘razonable’ se refiere a la ‘perforabilidad’ que se empeora con inclinaciones aún más tendidas, sobre todo en rocas muy fracturadas.

50C: La relajación de la liga de la roca debajo de taludes abre normalmente las diaclasas – sobre todo el grupo de las diaclasas paralelas al talud. Ese efecto resulta en que las diaclasas abiertas debajo de los taludes opuestos tengan inclinaciones contrarias, o sea hacía el valle. En ambos lados los barrenos deberían dirigirse hacia dentro de cada ladera (50C-1, izquierdo y 50C-2, derecho).

50D: La dirección paralela de los barrenos es apropiada solamente en caso de que haya un grupo de

diaclasas paralelas que domine, mientras que las diaclasas de otra orientación no contribuyen a la permeabilidad y por lo tanto son desatendidas. Hay tales condiciones, pero también existen tipos de roca con diferentes grupos de diaclasas en direcciones opuestas. Tales condiciones exigen ba-rrenos por lo menos en dos direcciones opuestas.

Figura 50: Ilustración esquemática de las relaciones entre las orientaciones de las diaclasas y las direcciones de los barrenos

Figura 50A Figura 50B Figura 50C-1 Figura 50C-2

Figura 50D Figura 50E

Diaclasas predominantes Diaclasas pequeñas Barrenos

45

50E: Hay rocas blandas con diaclasas verticales o muy empinadas y grupos de diaclasas muy densas (espaciamiento: pocos centímetros). Tales condiciones dificultan mucho la perforación de barre-nos inclinados porque debido a la inestabilidad de la liga de roca caen frecuentemente fragmen-tos de la pared y bloquean el varillaje. Tales condiciones exigen – sobre todo por los aspectos económicos y de tiempo – la perforación de barrenos verticales. Para inyectar las diaclasas verti-cales se ve uno obligado a confirmar con un hidrofracturamiento de los planos horizontales con la finalidad de ganar acceso a las grietas verticales. La posibilidad de inyectar diaclasas estrechas que intersecan los barrenos depende de la relación individual entre Pcrit y Preq (Figura 45).

5.8 Dirección de trabajo, tipo del obturador Según Figura 51 se distingue entre las siguientes direcciones de trabajo que incluyen también el tipo del obturador:

A - Hacía abajo, con obturador descendente B - Hacía arriba, con obturador ascendente C - Hacía abajo, con obturador fijo D - Hacía abajo, sin obturador

5.8.1 Hacia abajo, con obturador descendente La dirección de inyección hacia abajo con el obturador descendente (A) es técnicamente favorable, pero significa también una desventaja económica:

• Permite llevar a cabo antes de la inyección una prueba de agua en el mismo tramo, que implica la ventaja de comparar las tomas de agua directamente con las tomas de sólidos – comparación importante porque identifica el tipo de roca en cuanto a su inyectabilidad.

• La inyección de la roca alrededor del primer tramo – aún con presión reducida - produce una capa ya estabilizada e impermeabilizada. Esta capa evita que la suspensión escape de los si-guientes tramos y aplique allá presiones más altas.

• Si se intenta instalar una pantalla conectada entonces debería encontrarse la zona menos per-meable (Figura 34). No empieza siempre a un nivel conocido o bien definido y en ese caso hace falta identificar y comprobarla mediante pruebas de agua. Es decir, el método de trabajar hacia abajo permite conectar de la manera más segura posible la pantalla con la zona menos permeable.

• La alternación permanente entre perforar, lavar, ensayar e inyectar aumenta el tiempo requerido y por lo tanto este método no es ventajoso desde el punto de vista económico.

5.8.2 Hacia arriba, con obturador ascendente La manera de trabajar hacia arriba con obturador ascendente es el método más económico para instalar una pantalla colgante, es decir, en caso de que no haga falta ensayar la permeabilidad. No hay alterna-ción entre perforar y ensayar, pues no se necesita el cambio del varillaje. Se perfora cada barreno hasta la profundidad diseñada y después se inyecta el barreno tramo por tramo en dirección ascendente. Este método tiene la siguiente desventaja: en caso que se aplique para la inyección del próximo tramo una presión demasiado alta, puede escapar la suspensión hacía arriba y puede salir de la roca.. Tales esca-pes pueden dañar la estructura encima – como, por ejemplo, llenar e impermeabilizar capas de filtro.

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47

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5.8.3.2 Roca estable y no susceptible Se aplicó el mismo método: Barrenos verticales, siempre con el obturador puesto en el ademe. El pór-fido duro yace horizontal, no tiene intercalaciones susceptibles. Se perforó e inyectó alternativamente hacía abajo. Desde la inauguración de la presa en 196? hubo grandes pérdidas de agua (aprox. 250 l/s). En 2002 se investigó el subsuelo debajo del talud derecho. Figuras 53 y 54 muestran ejemplos típicos con indicación del estado que permaneció durante unos 40 años: La inyección original fue exitosa pero incompleta. Las fotos de la Figura 53 muestran grietas parcialmente bien llenadas con cemento. Los núcleos vienen de una profundidad debajo de 30 m. Debido a la falta de capas susceptibles era posible inyectar grietas amplias también en zonas profundas, a pesar de la posición alta del obturador. Las capas de cemento registradas entre 27 y 29 m confirman la posibilidad de inyectar grietas también en zonas profundas (Figura 54). La prueba de agua del mismo tramo identificó la erosión del limo ar-cilloso, llenando la grieta parcialmente: Parámetros de absorción – Q10’ = 2,6 UL, Q10* = 27 UL; Tipo de diagrama P/Q – 6ª.

Figura 52: Ilustración del método de inyectar hacía abajo, con obturador fijo

Se suponía que se inyectaba cada vez el siguiente tramo. En realidad no era así, sino el primer tramo fue inyectado repetidamente debido al hecho que esta roca es sumamente susceptible al hidrofracturamiento, que bajo esas condiciones geológicas depende del peso de la roca encima – que, por su-puesto, es menor encima del primer tramo. La muestra de la Figura 12 salió de aquel tratamiento. Ese curso de la inyección resultó en una pantalla ineficiente a pesar de una inversión muy grande.

48

Figura 53: Grietas parcialmente bien llenadas con cemento que originan de la inyección

:

Figura 54: Recorte del registro de un Barreno de control mostrando capas de cemento y resultados de la prueba de agua

5.8.3.3 Valoración del método Este método parece bastante económico porque mantiene el obturador siempre en la misma posición, puesto en el ademe. Es decir: no se necesita instalar y sacar el varillaje del obturador – y cada vez más profundo. Por supuesto, la dirección de inyectar hacía abajo significa la alternancia entre perforar el próximo tramo y la inyección del mismo. Pero esto no exige necesariamente el cambio completo del varillaje de perforar. En total se ahorra bastante tiempo.

49

Por fin se llega a estas conclusiones:

• El método no es apropiado de ninguna manera en caso que la roca posea susceptibilidad al hidrofracturamiento.

• Tampoco es aplicable cuando las grietas estén parcial- o completamente llenas de materiales sueltos.

• Es bien aplicable para rocas que poseen diaclasas vacías y bien inyectables que puedan ser in-yectadas a presiones moderadas.

• El uso de este método sería aún más ventajoso si se podría aplicar la dirección de trabajo desde abajo hacía arriba porque así se pudiera perforar todo el barreno de una vez.

5.8.4 Hacía abajo, sin obturador Este método parece a primera vista muy ventajoso, porque ni se fija un obturador ni hace falta cambiar el varillaje. Sin embargo, no parece ser apropiado: La suspensión sale siempre del pie del varillaje, es decir directamente encima del suelo del barreno y por lo tanto falta todo el control sobre el curso de la inyección. ´ 5.9 Suspensiones y pastas Aunque queramos llenar con la inyección de suelos y rocas igualmente los vacíos para reducir la per-meabilidad y/o mejorar la resistencia, aplicamos en realidad diferentes tecnologías, porque los suelos tienen poros interconectados, mientras que las rocas tienen vías de agua más o menos aisladas. En los suelos varía el volumen de poros entre 20 y 50 %, en la roca logra el volumen de las diaclasas apenas un 3 %. Por eso requieren tecnologías diferentes. En este manual se considera los componentes y facto-res que se aplican a las inyecciones de rocas y, en particular en la instalación de pantallas de inyeccio-nes. En ese sentido se tratará de los materiales, procesos y tecnologías correspondientes; se desatenderá las inyecciones en los suelos. Se usa una variedad de materiales para impermeabilizar las rocas o los suelos. Los más comunes para la inyección de las rocas son suspensiones y, bajo ciertas condiciones, pastas. Según WITTKE, pastas son también mezclas de cemento y agua pero con menos agua, los factores A/C varían entre 0.4 y 0.5 [9]. Pastas pueden entenderse como suspensiones especiales porque son estables y no se sedimentan. Su uso es útil para la inyección de grietas amplias porque limita la distancia de su extensión, es decir la cantidad inyectada. En cambio, suspensiones de cemento y agua con factores A/C ≥ 0.6 en principio no son estables sino se sedimentan, aunque puede retardarse la sedimentación por medio de aditivos. La sedimentación no es importante todavía para la penetración de diaclasas estrechas y moderadas. Por eso el uso de suspensiones es preferible para la mayoría de las diaclasas porque penetra con más facilidad. En general, la presión requerida para la penetración de diaclasas aumenta con la cohesión y a la inversa con la anchura de las diaclasas. En caso de existir grietas abiertas tanto como diaclasas finas deben aplicarse por lo menos dos fases de inyecciones: la primera para el relleno de las diaclasas amplias, la segunda para las juntas finas. El marco de este manual no permite una discusión detallada y por eso se limita a los fundamentos básicos.

50

5.9.1 Materiales 5.9.1.1 Cementos El cemento debería cumplir con las siguientes exigencias mínimas:

• Superficie específica (Número de BLAINE): ≥ 3000 cm²/g • Grano máximo: ∅ ≤ 0,1 mm, con • 90 % como ∅ mínimo de los granos: ≤ 0.05 mm

Cementos ultra-finos logran una mejor penetrabilidad, sus características son: • Superficie específica mínima: ≥ 8000 cm²/g • Grano máximo: ∅≤ 0,02 mm, con • 90 % como ∅ mínimo de los granos: ≤ 0.015 mm

Cementos ultra-finos son más caros y justifican su uso solamente en casos muy especiales. Para la ins-talación de una pantalla de inyecciones basta en general un cemento de inyección de las siguientes características:

• Superficie específica mínima: ≥ 3500 cm²/g • Grano máximo: ∅ ≤ 0,1 mm, con • 90 % como ∅ mínimo de los granos: ≤ 0.05 mm

5.9.1.2 Agregados Mientras que se mantengan las características requeridas de la ‘piedra inyectada’ en cuanto a su resis-tencia, permeabilidad y estabilidad de erosión, se puede economizar la inyección por medio de la adi-ción de rellenadores. Se usa arena, limo, arcilla, piedra molida, escoria molida o ceniza de filtros. Debe preferirse aquel material que cumpla con los siguientes requisitos:

• Aptitud química (compatibilidad entre cemento, agregados, roca y agua), que debe determinarse porque no es automáticamente segura,

• Aptitud física en cuanto a la relación entre el tamaño de los granos y la apertura de las diacla-sas,

• Disponibilidad a precios económicos. Si los rellenos tienen las mismas composiciones granolumétricas no cambian la fluidez y la sedimenta-ción de la suspensión, pero disminuyen la resistencia y aumentan la erosionabilidad. Sin embargo, has-ta una relación de 1:1 tales reducciones quedan aceptables. 5.9.1.3 Aditivos Aditivos mejoran las características de las suspensiones para cumplir mejor con el objetivo del trata-miento. Hay una gran cantidad de aditivos en uso para inyecciones. En cuanto a los detalles se refiere a la literatura especializada. Aquí se pueden mencionar solamente los más importantes para las inyeccio-nes de roca. El aditivo más útil y común es la bentonita: estabiliza la suspensión, o sea disminuye la sedimentación y reduce la rugosidad de la suspensión, cambio que protege la maquinaría. Otros aditivos que se usan

51

para lograr características que cumplan con requisitos particulares son fluidificantes y acelerantes de fraguado:

• Suspensiones de A/C ≤ 1.0 son más estables y sedimentan menos rápido, pero en cambio son más viscosas. Se puede compensar esta desventaja con fluidificantes.

• A veces es necesario acelerar el fraguado de la suspensión, entonces se agregan acelerantes de fraguado.

5.9.2 Características reológicas 5.9.2.1 Límite de flujo y viscosidad Según Capítulo 2.3, las suspensiones de cemento y agua se comportan como líquidos del tipo Bingham (Figura 8): están caracterizadas por el límite de flujo τ0 y la viscosidad η. Los factores τ0 y η significan que se necesita presión adicional para iniciar el flujo de la masa viscosa por la tubería y por lo tanto son factores esenciales para la práctica de las inyecciones. Las fórmulas para calcular la presión efectiva en las pruebas de agua (1) y (2) según Capítulo 3.2.1 se amplían a (1A) y (2A), respectivamente (1A) Peff = PM + PH – Pη – Pτ0 – PA; agua subterránea encima del tramo ensayado (2A) Peff = PM + PH – Pη – Pτ0; agua subterránea debajo del tramo con PH = H * γpasta, Pτ0 = según Figura 55, Pη según Figura 56 El límite de flujo τ0 crece con la viscosidad, es decir: inversamente proporcional al contenido de agua. Según Figura 55 τ0 llega para

• La suspensión de A/C = 1 a τ0 = 1 N/m², • La suspensión de A/C = 1 + 2% bentonita, a τ0 ≈ 7 N/m², y para • La pasta de A/C = 0.5 + 3% bentonita , a τ0 ≈ 50 N/m²

Figura 55: Curvas de flujo de líquidos y suspensiones según KUTZNER A – gradiente de corte D B – tensión de corte τ 1 – agua (Newton) 2 – líquido a base de silicatos (Newton) 3 – suspensión A/C = 2 (Transición) 4 – suspensión A/C = 1 (Bingham) 5 – suspensión A/C = 1 +2%* (Bingham) 6 – pasta (A/C = 0.5 +3%* (Bingham) * – bentonita

52

Según Figura 56, la viscosidad de una suspensión (sin fluidificantes o acelerantes) se mantiene igual durante aproximadamente 4 horas, después aumenta rápidamente.

Las Figuras 55 y 56 solamente cuantifican los casos presentados. Para otras suspensiones debe deter-minarse el límite de flujo τ0 y la viscosidad η experimentalmente usando viscosímetros. En el campo se suele usar el embudo de Marsh como método más simple: se mide la viscosidad indirectamente con el tiempo en que un litro de la suspensión necesita para pasar. Dependiendo del factor A/C, el tiempo re-querido varía entre 25 y 50 segundos. 5.9.2.2 Sedimentación La estabilidad de las suspensiones en cuanto a la sedimentación se aumenta proporcionalmente con la superficie específica en cm²/g (Número de Blaine) e inversamente proporcional al contenido de agua. Se determina el comportamiento de sedimentación por medio del porcentaje de la parte depositada en un vaso y el tiempo correspondiente. KUTZNER [4] determinó en experimentos estas relaciones, que muestra la Figura 57. Bonzel & Dahms [10] investigaron el porcentaje de la sedimentación para una suspensión del factor A/C = 1 mezclando cementos cada vez más finos (Figura 58).

Figura 56: Desarrollo de la viscosidad con el tiempo según KUTZNER A – viscosidad (10-3 Ns/m2) B – tiempo después de mezclar 1 hasta 6 – igual que Figura 39 7 – suspensiones de cemento, comien-zan a fraguar 8 – suspensiones de cemento terminan de fraguar

53

. El tipo de cemento y el factor de Agua/Cemento son igualmente importantes porque determinan la can-tidad de agua que hay que exprimir para lograr una ‘piedra inyectada’ sólida. 5.9.2.3 Resumen Las suspensiones a base de cementos tienen las siguientes características reológicas:

• El límite de flujo τ0 significa que requiere presión adicional para iniciar el flujo. • El límite de flujo τ0 crece con la viscosidad, es decir inversamente proporcional al factor A/C, o

sea al contenido de agua. Es decir: suspensiones gruesas requieren presiones adicionales más al-tas para iniciar el flujo.

• La viscosidad η determina la penetrabilidad de la suspensión en relación con la geometría de las diaclasas.

• La viscosidad de una suspensión se mantiene igual por cierto tiempo después de su preparación. Entonces se aumenta, hecho que empeora la penetrabilidad.

• Las suspensiones son más estables con menos contenido de agua y mayor superficie específica de cemento, en consecuencia necesitan exprimir menos agua para resultar en una ‘piedra inyec-tada’ más sólida.

• Las presiones adicionales causadas por los factores τ0 y η varían con sus dimensiones. Por fin resulta la presión efectiva (Peff) que actúa en la sección tratada.

• La presión efectiva tiene que exceder la presión requerida (Preq) para penetrar en la fractura y para mantener el flujo de la lechada a lo largo de la fractura: Peff ≥ Preq:

Figura 57: Sedimentación de suspensiones según KUTZNER 1 – porción sedimentada ΔH/H (%) 2 – superficie específica (cm²/g) 3 – factor Agua/cemento 4 – tiempo de sedimentación

Figura 58: Sedimentación de suspensiones según BONZEL & DAHMS 1 – porción sedimentada ΔH/H (%) 2 – tiempo de sedimentación (min) 3 – superficie específica (cm²/g) 4 – velocidad de sedimentación (10-4 cm/s)

54

* La presión requerida depende de las pérdidas de presión debido 1) a la fricción al acceso de la fractura y 2) a la fricción a lo largo del flujo detrás del barreno.

* La pérdida de presión por causa de las fricciones depende de la geometría de las diaclasas (anchura, forma, extensión) y sus condiciones hidráulicas. Esos dos factores dan por resul-tado la presión requerida (Preq).

• En rocas susceptibles al hidrofracturamiento hay otro factor determinante – la presión crítica (Pcrit) que puede rajar planos originalmente cerrados. Vías abiertas no son penetrables ni tam-poco inyectables en caso de valer la siguiente condición: Pcrit < Preq (Figura 45).

El tema de inyecciones en roca implica una desigualdad principal de los factores relevantes: las ca-racterísticas reológicas de las suspensiones son determinables y por eso es fácil calcular la presión efectiva (Peff) y la presión requerida en el brocal del barreno (PM). Tal condición favorable no vale de ninguna manera para las propiedades de los macizos rocosos. No podemos conocer las condicio-nes que determinan la penetración de las diaclasas y mantienen el flujo de la suspensión a lo largo de las diaclasas. En realidad no se conoce la geometría de las diaclasas ni sus extensiones y tam-poco su estado:

• Cuál es la presión requerida para superar las pérdidas de fricción en la entrada de una frac-tura?

• Cuál es la presión requerida para superar las pérdidas de fricción a lo largo de una vía de agua hasta su bifurcación?

• Qué superficies tienen las diaclasas – lisas o rugosas? • Hay materiales sueltos que llenan completa- o parcialmente los vacíos? • Existen discontinuidades latentes con susceptibilidad al hidrofracturamiento que se fractu-

ren ya con presiones bajas?

Con la ejecución de las pruebas de agua arriba presentada, se puede reconocer el estado más real de las diaclasas lo que permite una mejor estimación; sin embargo no se conoce el estado de las diaclasas y su inyectabilidad con precisión – siempre quedan detalles dudosos. Queda la discrepancia entre los cono-cimientos confiables respecto a las suspensiones y las incertidumbres planteadas por las rocas. A veces se opina que las propiedades de las suspensiones dirigen el proceso de la inyección, mientras que las propiedades de las rocas no influyen tanto. Aunque las características de las suspensiones son determinables, el proceso de la inyección está dirigido ante todo por las condiciones geométricas e hidráulicas de las diaclasas, es decir, son los hechos de la roca que por fin determinan el éxito. Es evi-dente que hay que adaptar las suspensiones a estos hechos – lo contrario es imposible. Es raro que los núcleos de los barrenos de control muestren el cemento inyectado. La escasez de tales capas – también en roca fracturada - confirma la prioridad de las características relevantes de las vías de agua.

5.10 Malla de diaclasas, extensión de la inyección y presión requerida En relación a un barreno, hay diferentes mallas de diaclasas: con distancias cortas entre las diaclasas vecinas y distancias largas, como ilustradas en Figura 59. El espaciamiento de la malla es sumamente importante, porque determina la reducción de la presión de inyección alrededor del barreno. Las bifur-caciones entre las diaclasas funcionan como alivio, es decir, la presión que actúa inmediatamente detrás del barreno se alivia a lo largo del camino hasta allá.

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56

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El proceso de la obturación depende en detalle del factor Agua/Cemento, o sea del contenido de agua. El cemento por si requiere para la hidratación un factor A/C ≈ 0.4 (depende de la superficie especifica). Factores más grandes significan un contenido de agua excesivo que debe ser exprimido para alcanzar una ‘roca inyectada’ sólida, o sea sin poros. Suspensiones con factores A/C ≤ 0.4 se consideran como ‘pastas’. El uso de pastas en ese sentido es más favorable porque no contiene agua en exceso; Capítulo 4.13 trata los detalles. Hay autores que se imaginan diferentes procesos en cuanto a la forma de separar y exprimir el agua en exceso. Para analizarlo usó el autor el método petrográfico desarrollado para investigar el origen de rocas y su composición mineralógica por medio de microscopios aplicando luz polarizada. Las fotos de la Figura 61 ejemplarizan los resultados más importantes:

• El agua en exceso se concentra en ‘canales de desagüe’ por donde es exprimida; la ‘roca in-yectada’ no contiene poros sino resulta como roca sólida (Figura 61, arriba).

• El agua exprimida contiene Ca(OH)2 disuelto que está micro-cristalizado, proceso que im-permeabiliza los canales de desagüe (Figura 61, centro); foto a la izquierda: Nicoles paralelos; foto a la derecha: Nicoles cruzados.

Se debe entender esta forma de obtura-ción como ‘inyección regresiva’, que tiene lugar desde el fondo del barreno. La inyección permanece hasta que exista equilibrio entre la sedimentación y la presión máxima, que ya no es capaz de desplazar todo el material sedimentado. Esta obturación gradual causa igualmente un aumento gradual de la presión; Figura 60 ilustra un registro automático de la presión por el tiempo, junto con la obtu-ración correspondiente de una fractura. Figura 60: Ilustración esquemática de la obturación gradual, la presión sube en esca-lones por causa del relleno progresivo hasta la presión máxima definida .

57

• La inyección de un plano de estratificación fracturado resulta en contactos impermeables (Fi-gura 61 abajo izquierdo); capas de arenisca hidrofracturadas encapsuladas por material inyec-tado (Figura 61 abajo, derecho).

Figura 61: Investigaciones petrográficas que muestran canales de desagüe, contactos densos y roca fracturada

Conclusiones:

• El agua en exceso se colecta en canales de desagüe por donde es exprimida. • Por fin se cristaliza el Ca(OH)2 antes disuelto que impermeabiliza los canales de desagüe. • La ‘roca inyectada’ es sólida y no contiene poros.

58

• La presión dilata las fracturas inyectadas, su ‘re-deformación’ comprime el material sedimen-tado que exprime agua en exceso y crea contactos densos.

• Los factores A/C pequeños y presiones altas mejoran la calidad de la ‘roca inyectada’, pero al mismo tiempo aumentan el peligro de hidrofracturamiento.

5.12 Suspensiones y pastas – factores Agua/Sólidos Hay dos términos en uso: Factor Agua/Cemento (A/C) y Factor Agua/Sólidos (A/S). Al inyectar sola-mente cemento se habla de A/C, al agregar arena etc. se prefiere A/S. Se tratan brevemente los diferentes conceptos en uso y sus resultados alcanzables. Detalles acerca de la preparación de las suspensiones y pastas quedan desatendidos – con excepción de ser esenciales para el éxito por razones geotécnicas. 5.12.1 Conceptos anteriores Hace quizás 30 años se aplicaban diferentes conceptos. El ‘concepto americano’ prefería suspensiones delgadas, el de Europa suspensiones gruesas. Mientras tanto se reconoció que suspensiones gruesas dan mejores resultados y hoy en día dominan factores A/C ≤ 2, mientras que el uso de suspensiones delgadas pierde en importancia, quizás se utilicen en algunos países todavía. 5.12.2 Conceptos convencionales Inyección de una sola suspensión Durante los últimos 15 años se prefiere, si las circunstancias lo permiten, el uso de una sola suspensión – con factores A/C ( o A/S) entre 0.7 y 1. Esa práctica es ventajosa porque se trabaja siempre con la misma suspensión, que requiere menos tiempo porque no requiere cambios. El límite de flujo (τ0) y la viscosidad (η) requieren presión adicional, es decir: se aumenta la presión requerida. Para disminuir la presión adicional se agregan fluidificantes. Tales aditivos reducen la cohesión, hecho que disminuye la presión adicional. Inyección de varías suspensiones Otra práctica es usar tres o dos suspensiones una tras otra, cada vez más gruesa, como en el siguiente concepto:

• Se comienza con una suspensión de A/C = 1.5, se inyecta 1000 litros (ejemplo). • Entonces se cambia a una suspensión de A/C = 1.0, se inyecta 1000 litros. • Por fin se usa una suspensión de A/C = 0.8, se inyecta una cantidad indefinida hasta que se lo-

gre la presión máxima. Las cantidades de las dos primeras fases dependen de la geometría de las diaclasas y de la anchura de-seada para la pantalla. Para diaclasas estrechas y de extensiones limitadas basta probablemente un vo-lumen de 1000 litros por tramo de 5 m. Diaclasas amplias y extensas requieren más, quizás hasta 5000 litros por tramo.

59

Este concepto sirve para tipos de roca cuyas diaclasas son aproximadamente iguales, es decir, que las diaclasas poseen propiedades hidráulicas similares. Entonces hay cierta probabilidad de que se pueda penetrar e inyectar de una vez más diaclasas del mismo tramo porque penetran a presiones similares. Este concepto es apropiado para una pantalla de una sola fila y para una pantalla que no requiere una anchura grande. 5.12.3 Concepto de secuencia invertida El concepto de una secuencia invertida empieza la inyección con suspensiones gruesas y usa después suspensiones relativamente delgadas. Hasta la fecha no se aplicó todavía tal concepto aunque las con-diciones hidráulicas en realidad deberían favorecerlo. La inyección de diaclasas amplias empieza ya a presiones bajas, mientras que las diaclasas estrechas exigen presiones altas. Al final de la inyección de las diaclasas amplias sube la presión. Al llegar al nivel requerido para las diaclasas estrechas, éstas pueden ser inyectadas si sus entradas están accesibles todavía.(Capítulos 2.4, 2.5 y 4.3); Para rocas con diaclasas muy desiguales aparece más apropiado y efectivo el siguiente concepto de la secuencia invertida (Figura 62):

• Se empieza el tratamiento a lo largo de la primera fila con barrenos primarios puestos a una dis-tancia de 8 m. Se inyectan suspensiones de A/C = 0.7 hasta una cantidad de 1000 kg/m.

• Después se inyectan los barrenos secundarios puestos en la misma fila a una distancia centrada, o sea a 4 m. Se inyecta igualmente una suspensión de A/C = 0.7, y también 1000 kg/m, en el ca-so de que tal cantidad sería alcanzable todavía sin lograr la presión máxima. Se supone que los primarios y los secundarios habrán impermeabilizado la mayor parte de las diaclasas amplias a lo largo de esta fila.

• Entonces se llevan a cabo barrenos primarios, secundarios y terciarios puestos a lo largo de la segunda fila. La distancia entre la primera y la segunda fila será más o menos de 1 m. Los ba-rrenos terciarios deben ser localizados alternativamente centrados entre los primarios y se-cundarios. Con los terciarios sale un espaciamiento de 2.0 m entre los barrenos vecinos. Se de-bería inyectar en los barrenos primarios, secundarios y terciarios una suspensión de A/C = 1 – o menor, si sería aceptada por la roca (la selección debe ser determinada por pruebas). Las canti-dades deberían ser limitadas a 1000 kg/m para los primarios, a 750 kg/m para las secundarios y a 500 kg/m para los terciarios – si sería alcanzable todavía sin lograr la presión máxima.

• En caso que los terciarios absorbieron las cantidades máximas sin completar la impermeabiliza-ción, se necesitan además barrenos cuaternarios, que deberían ser colocados también a lo largo de la segunda fila y centrados entre los terciarios. Las absorciones deberían ser limitadas a 300 kg/m – igualmente si serían alcanzables todavía sin lograr la presión máxima. Según el esquema en la Figura 62 tendrán distancias de 2 m a los terciarios y de 1 m a los primarios y secundarios de la primera fila. Existen dos razones para colocar los cuaternarios directamente en frente de los primarios y secundarios: * Alrededor de ellos se inyectó solamente la suspensión gruesa y por lo tanto es el lugar donde

con mayor probabilidad las diaclasas finas no fueron tratadas todavía. * En el caso de que los cuaternarios a lo largo de la segunda fila aún no lograsen la impermea-

bilización traslapada, entonces quedaría la posibilidad de cerrar las ventanas todavía per-meables por medio de otra serie finalmente con la distancia de 1 m.

La Figura 62 muestra la disposición de los barrenos y su espaciamiento. La ubicación de los barrenos a lo largo de una segunda fila tiene la siguiente razón: La suspensión gruesa penetra en la primera fase

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61

Al principio se inyectan las pastas en los barrenos primarios y secundarios, colocados en la primera fila. Después se colocan los barrenos terciarios y cuaternarios en la segunda fila con una distancia de 1 m entre ellas. La inyección de pastas fue desarrollada e implementada por WITTKE [9]. La idea era de preparar una masa homogénea e inyectable, justamente con el contenido de agua requerida para la hidratación. Los factores A/C dependen del tipo de cemento, del tipo de agregados y del tipo de los aditivos; en general varían entre 0.4 y 0.5. La preparación de una pasta requiere un turbomezclador, o sea una mezcladora de alta velocidad (Capitulo xy). Tales pastas no contienen agua en exceso, y por lo tanto, no es necesario exprimirla. Resulta una ‘roca inyectada’ muy sólida. Las pastas no se sedimentan, sino se solidifican en el momento de equilibrio entre la presión requerida y la presión efectiva, entonces empiezan a fraguar. Con la composición de los materiales y la presión máxima se puede limitar la extensión de la pasta – y en consecuencia se puede determinar la anchura de la pantalla. 5.13 Presión de inyección 5.13.1 Concepto convencional: aumento con la profundidad Convencionalmente se aplica todavía en gran parte el aumento de la presión con la profundidad, o sea hacia abajo. La razón es un compromiso entre dos requisitos contradictorios:

• Se quiere evitar – o minimizar – los resultados negativos del hidrofracturamiento y por eso se aplica cerca de la superficie presiones bajas o moderadas

• Se quiere aplicar presiones altas para alcanzar una mayor extensión de la inyección, que por re-sultado permite una reducción del número de barrenos.

Según el concepto convencional, la presión debe aumentarse hacia abajo que, lo que todavía sirve co-mo regla general. Hay discrepancias en cuanto al factor del aumento: los autores norteamericanos re-comiendan 0.25 bar por metro de la roca que yace encima de la zona inyectada, en Europa 1.0 bar por metro. Sin embargo, a pesar de los factores diferentes queda lo común: la presión debe aumentarse con la profundidad. Figura 63 ilustra ese concepto, incluso los distintos factores que se recomiendan para diferentes condiciones geológicas. El concepto del aumento de la presión hacia abajo sirve para los pocos tipos de roca que no son sus-ceptibles al hidrofracturamiento. En tales casos se puede aplicar la disposición escalonada de los barre-nos ilustrados en la Figura 48, la cual permite instalar una pantalla con un mínimo de barrenos. En realidad tales casos son bastante raros y los otros prevalecen (Capitulo 5.5).

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• Agua: γ = 1 g/cm³; Pcrit = Peff = 20 bar; PM = Peff – PH = 20 – (10 * 1) = 10 bar • Suspensión: γ = 1.5 g/cm³; PG ≤ Pcrit = 20 bar; PM = Peff – PH = 20 – (10 * 1.5) = 5 bar

Figura 66: como Figura 64; capas de cemento que salieron de la superficie del talud aguas abajo a una distancia

de aprox. de 30 m de la galería de inyecciones

Si se relaciona la presión de inyección con la presión crítica, la presión de inyección medida en el bro-cal del barreno tiene que bajar con la profundidad debido a la mayor densidad de la suspensión – en vez de aumentar. La relación entre los factores relevantes es más complicada todavía si el tramo tratado está debajo de la capa freática, como ilustra Figura 68. Figura 68: Relación entre Peff, PM, Pcrit, PA y D en consecuencia a PM , bajo la condición de Pcrit A > PcritB

Figura 67: El consumo de mucho cemento que forma capas intercaladas a lo largo de planos fracturados ape-nas reduce la permeabilidad de la cimentación si las diaclasas que-

65

Figura 68: Relación entre Peff, PM, Pcrit, PA y D en consecuencia a PM , bajo la condición de Pcrit A > PcritB

5.13.4 Resumen En casos de roca dura y sin susceptibilidad al hidrofracturamiento, se pueden aplicar presiones altas, junto con la disposición escalonada de los barrenos de las etapas sucesivas según Figura 48. Las rocas blandas no aguantan presiones altas porque se fracturan antes y por lo tanto, se pueden llenar solamente las diaclasas amplias: PGA ≤ Pcrit A. Las rocas duras no se fracturan todavía a presiones altas, hecho que permite impermeabilizar también las diaclasas estrechas: PG B ≤ Pcrit B. En cambio, la mayo-ría de los tipos de rocas es susceptible al hidrofracturamiento. En todos esos casos es recomendable adaptar la presión de inyección a las presiones críticas. Figura 69 muestra tal dependencia esquemáti-camente. 5.14 Ejecución Del tema ‘Ejecución’ no se tratan aquí los aspectos de la maquinaría ni de los materiales y de los facto-res A/C, que deben determinarse individualmente para las condiciones del sitio. Al igual se desatende-rán los aspectos de contratación incluso las especificaciones técnicas. Quedan para discutir el concepto principal, aspectos de la preparación de las suspensiones, el registro de los datos y el tratamiento de las aguas residuales.

66

5.14.1 Concepto principal El concepto convencional considera como base de ejecución los siguientes principios:

• Es el objeto de instalar una pantalla traslapada con una permeabilidad definitivamente menor que la de la roca original.

• Para compensar el desconocimiento de los lugares permeables se inyecta en etapas, con distan-cias de unos metros entre los barrenos primarios, seguidos por los barrenos secundarios, ter-ciarios – y en caso de necesidad – cuaternarios, colocando cada barreno centrado entre los ba-rrenos vecinos.

• Los barrenos de cada siguiente etapa deberían absorber cada vez cantidades menores, sobre to-do las cantidades promedias de cada próxima etapa deberían indicar esta reducción. De esta manera sirve cada próxima etapa como medida de control.

• Se inyectan los tramos hasta que se logre la presión máxima definida en consideración de las condiciones geológicas del sitio.

• Al principio no se conocen con exactitud ni la permeabilidad original ni la inyectabilidad indivi-dual y, por lo tanto, el curso de la inyección y su éxito no son predecibles. Hecho que requiere una permanente evaluación de los resultados obtenidos cada vez. Puede ser necesario de modifi-car la técnica sobre la marcha.

Con la finalidad de mejorar y facilitar la ejecución de inyecciones de roca y para que puedan ser super-visadas, no solamente por expertos y, para alcanzar el mejor éxito posible, DEERE & LOMBARDI im-plementaron su ‘Principio GIN’ (GIN: Grouting Intensity Number – numero de intensidad de inyec-ción), Figura 70 muestra sus elementos básicos [11]:

GIN = P × V = constante

Parece atractivo y a veces este mismo está todavía en uso. Tal principio tiene las siguientes deficiencias [12+13]:

• Se trata de roca de poca permeabilidad que en realidad no exige inyecciones. • Para roca de poca permeabilidad se prescriben presiones muy altas, lo cual es sumamente

arriesgado porque implica hidrofracturamientos. • Para roca muy permeable se prescriben cantidades demasiado pequeñas y presiones bajas que

no son suficientes para impermeabilizar diaclasas amplias.

Figura 69: Presión de inyección relacionada con las presiones críticas que fracturan planos latentes (sin diferenciar entre dilatación y hidrofracturamiento)

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68

5.14.2 Preparación y verificación Respecto a la preparación se restringe a los aspectos de homogeneidad y de sedimentación de las sus-pensiones y pastas: Suspensiones exigen un proceso de mezcla produzca un ‘liquido homogéneo’, por lo tanto se necesita un mezclador que cumpla con ese requisito básico. El tipo requerido de la suspensión – o de diferentes tipos inyectados sucesivamente – depende de los hechos geológicos y de las condiciones hidráulicas: que sea inestable y sedimente pronto o que sea estable para poder extenderse lejos. Tales requisitos determinan la composición de las suspensiones:

• Cuál factor agua/cemento? • Con o sin agregados? • Con y sin aditivos?

Pastas, por supuesto, exigen homogeneidad también, pero su preparación es más exigente (según WITTKE [9]):

• Los componentes a mezclar son cemento, ceniza volante como agregado, bentonita y fluidifi-cante.

• La preparación empieza con la hidratación de la bentonita, que exige hidratarse unas 24 horas en los agitadores.

• Se mezcla por 5 minutos en un primer agitador de alta velocidad: cemento, ceniza volante y bentonita hidratada.

• Después de emulsionar en un turbo-mezclador la pasta está preparada y será transferida a un se-gundo agitador de donde será bombeada.

Las suspensiones y pastas cambian sus características reológicas con el tiempo – envejecen durante pocas o muchas horas, dependiendo de su composición. Por eso es necesario determinarlas para que cumplan con las condiciones geológicas e hidráulicas. Esta composición debe determinarse por medio de experimentos de laboratorio – y luego verificarse en el sitio de la obra, donde se deben instalar y mantener los aparatos básicos. 5.14.3 Registro de datos Podemos registrar los datos tanto de las pruebas de agua así como también de las inyecciones de sus-pensiones manual- o automáticamente. La práctica depende del propósito de la obra; el standard tec-nológico obtenible en el sitio de la obra puede jugar también un papel. Para inyecciones de prueba quizás no se quiera proveer todo el equipo automático, mientras que pueda ser apropiado para la inyec-ción principal, o sea para la instalación de la pantalla. Para el registro de los datos en los Sitios 1 y 2 de las inyecciones de prueba no se usó una práctica óp-tima. Para los sitios 3 y 4 aquellos formatos fueron optimizados. Esta optimización resultó en el desa-rrollo de un nuevo formato (“Diagrama P-Q-T”), elaborado por el Ing. Ulrich Hungsberg y el autor. Este formato debe aplicarse también para los próximos trabajos. Un ejemplo se muestra en el (Anexo 7).

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El diagrama menciona a la izquierda de su ‘encabezado’ el sitio, el lugar y el número del barreno. Des-pués tiene los siguientes conceptos que comprenden todos los datos requeridos: A – Fecha y hora de trabajo para determinar la duración y los costos B – Inclinación del barreno y profundidad al nivel freático C – Volumen de la mezcladora D – Factor Agua/ Sólidos, materiales (kg, %), densidad (g/cm³), contenido (kg/l) E – Tipo de la roca; Prueba de agua F – Tramo G – Presión efectiva máxima, Presión manométrica máxima H – Viscosidad (MARSH - Sec), Sedimentación (%) En las celdas azules se inscriben los datos básicos, y todos los demás son calculados y registrados au-tomáticamente. Este sistema vale igualmente para las mediciones: En las columnas azules de la parte central del formato se inscriben los datos (tiempo, PM, γ, y los niveles de la suspensión en el barril). Después se calculan las cantidades inyectadas y además se desarrollan en la parte abajo una curva de caudales inyectadas presiones aplicadas en tiempo real. Resumen: Al principio se inscriben una sola vez la información general, después se anota el tiempo de los intervalos, las presiones manométricas y los niveles de la suspensión en el tanque. Con una laptop al lado de la obra se registra el proceso entero simultáneamente y se recibe por fin la cantidad inyectada en kg/tramo y kg/m, respectivamente. El formato calcula la presión manométrica máxima que corres-ponde a la presión efectiva. Se termina la inyección al llegar a la presión manométrica máxima. 5.14.4 Aguas residuales Ocurre que quedan suspensiones residuales. Con frecuencia no son químicamente neutrales sino tienen un valor pH ≥ 7, o sea son líquidos básicos. Dependiendo de las cantidades y de las condiciones medio- ambientales se requiere una neutralización. 6. Evaluación y presentación gráfica El autor usa para la evaluación un programa especialmente desarrollado. La versión GRT2002 com-prende para las pruebas de agua los registros de los resultados en valores Lugeon, incluso los diagra-mas P/Q a escala individual y para las inyecciones las cantidades inyectadas en kg/tramo y kg/m, junto con las presiones efectivas. GRT2002 además lleva a cabo la evaluación estadística y presenta las grá-ficas correspondientes.. 6.1 Registro de los datos básicos 6.1.1 Datos básicos de las pruebas de agua Figura 18 ejemplariza la parte alta del formato para el registro de los datos básicos de las pruebas de agua; se inscriben los parámetros requeridos para calcular la presión efectiva. Figura 20 muestra una secuencia de pruebas de agua, cada una con su diagrama P/Q, pero solamente con la rama de los esca-lones ascendentes; Figura 13 ejemplariza una prueba completa – o sea con escalones ascendentes y descendentes. Figura 20 indica dos diagramas P/Q a una escala igual.

70

6.1.2 Datos básicos de las inyecciones Para el registro de las cantidades inyectadas se usan diferentes formatos:

• Figura 72 muestra una evaluación completa que calcula las cantidades de los volúmenes a base de los parámetros: A/C, densidades y porciones de los materiales mezclados

• Figura 73 inscribe las cantidades ya calculadas 6.2 Presentación de los datos básicos La forma más rápida y simple de presentar los datos básicos es una tabla; Figura 74 da un ejemplo de inyecciones ejecutadas en caliza cárstica que es impermeable en su mayor parte, pero incluye pocas tomas grandes absorbidas por conductos cársticos. Estos resultados típicos son bien conocidos. Figura 75 muestra la forma más común de una pantalla en forma de un corte longitudinal a lo largo de su eje. Lleva los barrenos de todas las etapas sucesivas, cada vez con los tramos de inyección y las can-tidades inyectadas, usando diferentes asieres para indicar etapas y cantidades. En el caso de muchas etapas y tomas grandes puede ser recomendable presentar las etapas en forma separada, según ejemplo en Figura 76. Las etapas con inclinaciones opuestas parecen más claras en presentaciones separadas, sobre todo si presentan cantidades inyectadas y resultados de las pruebas de agua en dos formas – la permeabilidad original y la permeabilidad provocada por hidrofracturamiento (Figura 77). Se debería desarrollar siempre una tabla o un corte que presente los resultados de las pruebas de agua y de las inyecciones, ante todo para reconocer tanto los sitios ya terminados como aquellos que exigen mayor tratamiento. Por supuesto, hay diferentes formas y por eso se deberá elegir aquella que cumpla con las condiciones relevantes de manera más favorable e instructiva posible.

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74

75

6.3 Evaluación estadística Las evaluaciones estadísticas comprenden:

• Pruebas de agua, valores Q10’ y Q10*, * Promedios * Distribución de la frecuencia relativa * Distribución de los valores individuales a profundidad

• Cantidades inyectadas * Promedios * Distribución de la frecuencia relativa * Distribución de las cantidades individuales a la profundidad * Relación entre la presión y las cantidades individuales

• Relación entre los valores Lugeon y las cantidades inyectadas La evaluación estadística por medio del programa GRT2002 se basa en el registro de datos básicos. Esta evaluación permite reconocer el curso y el éxito de la impermeabilización por las etapas sucesivas, la profundidad de la zona permeable y la inyectabilidad. Aquí se presentan las gráficas correspondien-tes para los valores Lugeon y para las inyecciones de sólidos. Los resultados de la evaluación estadís-tica reflejan las condiciones geológicas en cuanto a su permeabilidad e inyectabilidad. Se puede reco-nocer que sus resultados son plausibles, es decir que existe conformidad con los hechos geológicos tal como aparecen en los afloramientos. 6.3.1 Pruebas de agua: valores LUGEON Según Capitulo 3.5 los ‘parámetros de absorción’ determinados con las pruebas de agua indican la per-meabilidad original (Q10’) y la permeabilidad modificada (Q10*), debido a deformaciones causadas por la presión durante los escalones ascendentes. Figura 78 ejemplariza dos casos. Figura 78 identifica diferentes permeabilidades que se encontraron en las Secciones 2, 3, 4, 5 y 6 del margen izquierdo de la presa Ohra (Alemania),y además discrepancias entre Q10’ y Q10*, que muestran deformaciones de las diaclasas debido a la presión del ensayo. Figura 79 muestra la reducción de la permeabilidad desde los primarios (P) hasta los secundarios (S) y finalmente barreno de verificación (V) que resultó en el Sitio 3 de las inyecciones de prueba en Arce-diano. La roca es dura y por eso no hubo deformaciones, o sea Q10’ ≈ Q10*. La distribución de la fre-cuencia relativa confirma esta reducción porque cada etapa siguiente incluye más tramos con valores pequeños. La reducción se expresa por un desplazamiento de las curvas de acumulación hacia la iz-quierda (Figura 80). Figura 81 presenta tres ‘diagramas de puntos’ que indican la distribución de los valores Q10’ indivi-duales con la profundidad. Se reconoce también la impermeabilización progresiva porque desde los barrenos primarios hasta el barreno de verificación hubo menos tramos con absorciones grandes, mien-tras que aumenta la parte de las absorciones pequeñas. Además indican las distribuciones con la pro-fundidad que originalmente hubo permeabilidades grandes hasta 40 m, moderadas hasta 60 m, y pe-queñas abajo de 60 m.

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Figura 78: Promedios de los valores Q10’ y Q10*, encontrados en las Secciones 2, 3, 4, 5 y 6 del margen izquierdo de la presa Ohra (Alemania)

Figura 79: Promedios de los valores Q10’ y Q10* encontrados en el Sitio 3 de las inyecciones de prueba en el proyecto de Arcediano

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Figura 80: Distribución de la frecuencia relativa de los valores Q10’ y Q10*, encontrados en el Sitio 3 de las inyecciones de prueba en el proyecto de Arcediano (Curva roja – P, Verde – S, azul – V) Las distribuciones de los valores con la profundidad confirman la impermeabilización progresiva que se alcanzó con las etapas sucesivas. Además muestran una permeabilidad

• muy grande hasta 40 m de profundidad, • moderada hasta 60 m de profundidad, y • baja debajo de 60 m.

6.3.2 Cantidades inyectadas Para ejemplificar las presentaciones gráficas de las cantidades inyectadas se usan los resultados del Sitio 4 de las inyecciones de prueba del Proyecto Arcediano. Los tres grupos demuestran de manera muy clara la reducción de las tomas de sólidos por las etapas sucesivas, es decir: el proceso de la im-permeabilización progresiva fue exitoso. Existe conformidad entre los promedios y las curvas de acumulación. La inyección de los primarios tuvo una eficiencia sobre-proporcional, éxito que se expresa en la mayor reducción relativa entre S y P, comparado con la reducción entre T y S (Figura 82): P = 1196 kg/m – 100 %; S = 637 kg/m – 53,3 %; T = 353 kg/m – 29,5 %. Δ S/P = 46,7 %; Δ T/S = 23,8 %. El mayor desplazamiento de la curva de acumulación de los secundarios relacionado con la curva de los primarios confirma la gran eficiencia de los primarios (Figura 83). Sin embargo, aún los barrenos terciarios absorbieron muchos sólidos y, por lo tanto, no se logró todavía una impermeabilización tras-lapada y se requieren barrenos cuaternarios.

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Figura 81: Distribución de los valores Q10’ con la profundidad encontrados en el Sitio 3. arriba: primarios, en medio: secundarios, abajo: verificación

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Figura 82: Promedios de las cantidades inyectadas del Sitio 4 de las inyecciones de prueba en el proyecto de Arcediano Figura 83: Distribución de la frecuencia relativa de las cantidades inyectadas en el Sitio 3 de las inyecciones de prueba en el proyecto de Arcediano (Curva roja – P, Verde – S, azul – T)

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Los diagramas de punto muestran la distribución de las tomas individuales con la profundidad e identi-fican aún para los terciarios cantidades muy grandes y, además revelan que la zona permeable llega por debajo de 80 m de profundidad (Figura 84).

Figura 84: Distribución de las cantidades inyectadas con la profundidad encontrados en el Sitio 4 de las inyecciones de prueba en el proyecto de Arcediano; arriba: primarios medio: secundarios abajo: terciarios

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6.3.3 Relación entre Valores Lugeon y cantidades inyectadas Se reclama frecuentemente la falta de correspondencia entre las absorciones de agua y de las suspen-siones. Por las siguientes razones no se puede esperar en principio que haya una correspondencia dire-cta:

• Fisuras finas son accesibles para agua, suspensiones no pueden penetrar. • Agua y suspensiones de cemento tienen diferentes características reológicas. • En las pruebas de agua las vías quedan abiertas, mientras que el objetivo de inyecciones es -

llenarlas. Por estas razones la falta de correspondencia es bien comprensible. Sin embargo, por lo menos se debe-ría esperar una cierta proporcionalidad o, mejor dicho, una tendencia hacía la misma. En realidad exis-te, y en principio hay cuatro combinaciones, con transiciones entre ellas:

A –poca o ninguna absorción de agua, poca o ninguna toma de cemento B – mucha absorción de agua , ninguna o poca toma de cemento C – mucha absorción de agua, mucho consumo de cemento D – ninguna absorción de no agua, mucho consumo de cemento.

Son los siguientes hechos que condicionan estas cuatro combinaciones (Figura 85): A – La roca es impermeable, una impermeabilización no es necesaria ni posible. B – La roca posee muchas diaclasas finas, que en total son capaces de absorber mucha agua que resul-

tan en altos valores Q10’, pero no son accesibles a suspensiones; en realidad no requieren un trata-miento bajo condiciones favorables porque las diaclasas finas poseen un gran potencial de fricción que causan coeficientes de permeabilidad bajos.

C – La roca contiene diaclasas amplias y por eso es permeable e inyectable. Inyecciones son necesarias. D – La roca es impermeable pero susceptible de hidrofracturamiento. Presiones demasiado altas causan

grandes consumos de cemento, que no son necesarios bajo condiciones normales.

Figura 65 ilustra un caso muy grave para la combinación D. Cada vez que se disponga de valores Q10’ y QS (QS – cantidad de suspensión inyectada) es prudente graficar esta relación porque permite un dic-tamen sobre la inyectabilidad y la necesidad del tratamiento.

Figura 85: Ilustración esquemática para las cuatro combinaciones entre los valores Q10’ y QS

Cantidades pequeñas no justifican los costos de un programa de in-yección porque apenas mejoran el estado de la roca de poca permea-bilidad. Para condiciones norma-les se puede considerar la cantidad mínima que todavía justifica una inyección del orden de 50 kg/m.

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6.4 Relación entre presión y cantidades inyectadas El llenado de planos fracturados resulta en consumos de cemento demasiado grandes y prolonga el tiempo de la inyección. En particular es el tiempo adicional que aumenta los costos. Por lo tanto debe-ría evitarse. En caso de consumos grandes vale la pena controlar si suceden tales hidrofracturamientos, sobre todo cuando las pruebas de agua identifican bajas presiones críticas . Por supuesto, si los núcleos de los barrenos de verificación llevan capas de ‘roca inyectada’ intercala-das a lo largo de los planos fracturados – como muestra Figura 12 – entonces se reconoce que tales hidrofracturamientos tuvieron lugar. Sin embargo, la falta de tales capas no comprueba lo contrario porque la suspensión podía extenderse en otra dirección. Por eso deben aplicarse otros métodos. Hay dos:

• La relación entre los valores Q10’ y QS del Tipo D indica dilatación o hidrofracturamiento. Pero la relación Q10’ / QS exige la ejecución sistemática de las pruebas de agua que se practica poco en programas convencionales de impermeabilización – más bien se llevan a cabo en programas excepcionales.

• La relación entre la presión y la cantidad inyectada puede ayudar para distinguir entre el llenado de una vía abierta o un plano fracturado – sobre todo cuando existen informaciones acerca de la susceptibilidad a fracturar y la presión crítica que se obtuvo con las investigaciones básicas.

De todos modos es prudente determinar la relación entre la presión relevante y la cantidad inyectada porque ayuda a conocer la inyectabilidad de la roca. Además permite analizar y aclarar dudas. El si-guiente caso sirve como ejemplo. Debajo de la cortina de la presa Mujib (Jordania) se había acabado la instalación de una pantalla. Du-rante unos meses, el embalse tuvo un llenado hasta un tercio solamente por falta de lluvias . En éste no hubo filtraciones – la cimentación se presentaba en un estado completamente impermeable. Ocurrió que en una noche cayeron lluvias extraordinarias que subieron el nivel del vaso por aprox. 20 m. De-ntro de pocas horas se formaron filtraciones que en la madrugada descargaban aprox. 125 l/s. Esta can-tidad se aumentó durante las dos siguientes semanas a 250 l/s. En esas condiciones se estabilizó. El subsuelo debajo del margen derecho contiene caliza cárstica. Es lo típico para esta roca que su ma-yor parte que sea impermeable (> 90%), mientras que los conductos y/o diaclasas cársticas forman so-lamente una pequeña parte (< 10%). Los valores Q10’ y QS identifican con sus absorciones pequeñas, expresadas por sus promedios y distribuciones de la frecuencia relativa, un grado de carstificación to-davía inicial (Figura 86). Se repitieron las inyecciones y se pudo impermeabilizar esta zona. Los resultados de la segunda fase de las inyecciones indicaban una roca aparentemente distinta (Figura 87): Mientras que el estado de aprox. 90% se quedó igual, un 10 % de la caliza había cambiado, como comprueban las grandes tomas de los primarios. Las inyecciones primarias y secundarias fueron muy efectivas porque podían impermeabili-zar la roca. La gran diferencia entre las cantidades de ambas fases provocó una discusión desagradable, porque hubo opiniones que dudaron de la profesionalidad de las inyecciones de la Fase 1: se supuso que se inyectó con presiones insuficientes. Sin embargo, el análisis de todos los datos incluso la debida consi-deración de los hechos geológicos pudo explicar la discrepancia para las tomas diferentes inyectadas en ambas fases. Las gráficas de las Figuras 86 y 87 pertenecen a este análisis, pero igualmente las gráficas de la Figura 88 que relacionan las cantidades con la presión.

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Figura 86: Mujib Dam (Jordania), margen derecho - resultados significativos de la primera fase de las inyec- ciones

Figura 87: como Figura 86 - Comparación de los resultados significativos de la 1 y 2 de las inyecciones

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Figura 88: Relaciones entre presiones y cantidades inyectadas en las fases 1 y 2 En ambas fases se aplicaron las mismas presiones – hasta 15 bar. En ambas fases las presiones altas causaron solamente tomas pequeñas, mientras que las cantidades grandes hasta gigantescas fueron absorbidas a presiones bajas en la Fase 2. Las presiones finales variaron entre 3 y 6 bar, pero debería recordarse que la mayor parte de los consumos fue absorbida durante presiones más bajas, porque en tales procesos la presión sube en la última fase y entonces logra su máximo cuando los vacíos se com-pletan al llenarse. La discrepancia entre las tomas diferentes de las dos fases tiene en realidad una causa puramente geo-lógica. La caliza incluye originalmente conductos y diaclasas que están parcial- o completamente lle-nadas con materiales sueltos, hasta limo arcilloso que no es inyectable. El pequeño gradiente hidráulico que existió durante la primera fase no fue capaz de erosionar tales materiales. Eso pudo empezar y ocu-rrió rápidamente durante el segundo llenado del vaso debido a las lluvias. Es decir, las inyecciones de la Fase 2 encontraron vías abiertas que antes estaban rellenas – Figura 6 muestra un conducto cárstico, todavía parcialmente llenado. Con las relaciones ‘Presión / Cantidad inyectada’ se pudieron comprobar exitosamente los hechos geológicos. 6.5 Interpretación geológica de las cantidades inyectadas La anchura y la extensión de las diaclasas determinan el curso y las cantidades inyectadas y por lo tanto se puede relacionar los promedios y la distribución de la frecuencia relativa con estos hechos geológi-cos. Se demuestra esta posibilidad con algunos ejemplos. 6.5.1 Diaclasas cortas y estrechas La extensión de la suspensión está necesariamente limitada y por eso se inyecta poco cemento. La re-ducción de las tomas por las etapas es pequeña pero aproximadamente igual.. Esta condición requiere distancias cortas entre los barrenos. Figura 89 ilustra los hechos geológicos y los resultados correspon-dientes en forma de los promedios y las curvas de acumulación.

85

Figura 89: Diaclasas cortas y estrechas absorben cantidades pequeñas de poca reducción

6.5.2 Diaclasas amplias y extensas prevalecen Hay dos grupos de diaclasas (Figura 90): 1) amplias y extensas, y 2) de anchura y extensión pequeña. Los barrenos primarios ( P ) que intersecan las diaclasas amplias y extensas absorben por su geometría grandes volúmenes de suspensión, es decir: grandes cantidades de sólidos. Los barrenos secundarios ( S ) y terciarios ( T ) encuentran estas diaclasas ya rellenas e inyectan las diaclasas del segundo grupo. De este desarrollo resulta una reducción fuerte entre P y S; la reducción entre S y T es más pequeña – más precisa,: la reducción relativa es igual , la reducción absoluta es pequeña. Las curvas de acumulación reflejan claramente con sus desplazamientos hacia la izquierda estas disminuciones. Tales condiciones permiten distancias más amplias entre los barrenos vecinos.

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Figura 90: Diaclasas amplias y extensas causan tomas grandes ya en los primarios

6.5.3 La Caliza cárstica exige espaciamientos densos para detectar cavidades Caliza cárstica exige un tratamiento especial porque la distribución de los vacíos es irregular e imprevi-sible. Por lo tanto, los barrenos deben servir en primer lugar para detectar vacíos cársticos si el tipo del karst sugiere que tales conductos o cavidades pudieran existir. En consecuencia se necesita un espa-ciamiento denso de los barrenos. Entre ‘karst inicial’ y ‘karst maduro’ hay una gran variación de dife-rentes tipos. Aquí se considera un karst cuyo mayor parte (70%) es impermeable, mientras que la parte menor (30%) incluye diaclasas amplias y extensas que localmente se expanden al formar conductos o cavidades. Los primarios llenan la mayoría de las diaclasas extensas, las etapas sucesivas absorben mu-cho menos y por eso sucede la mayor reducción entre P y S. Figura 91 muestra las graficas correspon-

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dientes: Disposición de los barrenos incluso cavidades cársticas, cantidades promedias de los sólidos inyectados disminuyéndose por las etapas sucesivas y distribución relativa de las tomas individuales. Figura 91: Caliza cárstica exige barrenos adyacentes a corta distancia; los primarios absorben mucho, los si- guientes relativamente poco

6.5.4 Cavidades locales requieren cantidades grandes en cualquier etapa Hay macizos rocosos que incluyen localmente vacíos. Eso ocurre también en roca con diaclasas común y corrientes. Tales vacíos pueden ser encontrados por cualquier barreno de cada etapa. Pueden absor-ber cantidades enormes que aumentan la cantidad promedia de su etapa. Si ocurren en una de las etapas sucesivas, entonces interrumpen la reducción de los promedios que tiene lugar en desarrollos normales.

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Tales casos son difíciles para interpretar y explicar. Sin embargo, la curva de acumulación caracteriza tales eventos como excepcionales que solamente cubren uno – o muy pocos – de todos los tramos tra-tados por los barrenos de ésta etapa. Figura 92 ilustra tal caso: un barreno terciario encontró una vez tal vacío. Figura 92: Cavidades atípicas causan absorciones grandes que falsifican las cantidades promedias

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6.6 Conclusiones respecto a la evaluación y representación En cada inyección de roca se trata de un macizo rocoso cuyas propiedades no son conocidas ni previsi-bles. Por lo tanto, es un proceso que exige adaptaciones inmediatas. Para cumplir con ese requisito se requiere una minuciosa y directa evaluación de los datos y la presentación de los resultados. Para pre-sentar los resultados deberíamos preferir la elaboración de gráficas porque entonces podemos dictami-nar el proceso con mayor facilidad. En el pasado reciente se implementó con la evaluación estadística incluso sus complementos con una metodología que permite reconocer mejor la permeabilidad, la in-yectabilidad, el desarrollo de la impermeabilización de manera más económica posible y el estado fi-nalmente alcanzado. Por esta razón se presta en el manual tanta atención a este tema. 7. Equipo En cuanto a los detalles del equipo se refiere serán enviados a la CNA por separado algunos artículos de publicidad, publicados por empresas especializadas, los cuales incluyen también información sobre los equipos especiales que se necesitan para la preparación de suspensiones en general y las pastas en particular. El marco de este manual no permite añadir aún más detalles, con excepción del tema del registro de la presión. Hace tiempo se dispone de aparatos que miden y registran los datos automáticamente. Una versión de tales equipos modernos mide directamente la presión efectiva porque tiene un sensor al fondo del obtu-rador. Este equipo exige un buen mantenimiento y repetida calibración, pues el uso del mismo es bas-tante exigente. Sin tales calibraciones los aparatos no pueden suministrar siempre los datos correctos porque con el tiempo pierden su precisión – y las falsificaciones quedan normalmente no detectadas. Mundialmente el uso de tal equipo no es muy común todavía, y en consecuencia se registraban también en Arcediano en los trabajos pasados los datos manualmente. Es bien probable que se siga con esa práctica también en los futuros trabajos que están previstos para las demás inyecciones de prueba. En principio se estaría conforme con mediciones y registros manuales pero al mismo tiempo se reco-mienda:

• Que se usen manómetros con alcances de medición mínima de 0.2 bar, • Que se usen contadores de agua con alcances de medición mínima de 0.5 l, y • Que se calibren repetidamente los aparatos porque con el tiempo pueden perder su precisión.

8. Reglas y recomendaciones 8.1 Generalidades El objetivo de las inyecciones de prueba es encontrar la tecnología óptima para la ejecución de las in-yecciones de pantalla. Cualquier optimización requiere adaptaciones continuas. Para cumplir con esta exigencia sería recomendable enviar todos los resultados periódicamente siempre cuando se acabe un barreno, sobre todo después de haber terminado el último barreno de la penúltima etapa. Con la evalua-ción de los datos se podría modificar la técnica de las últimas inyecciones si fuera prudente. A continuación se describen algunas reglas y recomendaciones para la ejecución de las pruebas de agua y las inyecciones de sólidos a efectuar en el programa de las inyecciones de prueba. Quizás no sean completas, es posible que requieran complementos o modificaciones durante el desarrollo de las obras.

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Tampoco se pueden precisar detalles para aspectos individuales de las obras futuras como, por ejemplo, presiones efectivas, composición de las suspensiones, volúmenes por inyectar de cada suspensión en caso de que se aplique diferentes suspensiones. Tampoco se comentan en este manual las inyecciones de prueba ya ejecutadas en los Sitios 1, 2, 3 y 4. Se trataron los detalles al respecto en los informes ya entregados. Sin embargo, parece ser prudente repetir el asunto de los escalones de presión que se aplicaron en el pasado y que serán recomendables para las obras futuras. 8.2 Inyectabilidad y pruebas de agua Se puede dictaminar sobre la inyectabilidad por medio de una comparación entre las absorciones de agua y las tomas de sólidos. En los trabajos pasados no se llevaron a cabo pruebas de agua en cada tramo – esa práctica es absolutamente inaceptable. Las pruebas de agua deben efectuarse sistemática-mente en cada tramo, para reconocer la reducción de la permeabilidad en las etapas sucesivas. 8.3 Escalones de presión en las pruebas de agua En la mayoría de las pruebas de agua realizadas durante los últimos años en varías campañas, se lleva-ron a cabo las pruebas de agua con escalones ascendentes y descendentes. La ejecución de estas prue-bas de agua tuvo una calidad extraordinaria porque se aplicaron escalones de presión de 0,5 bar. De esos ensayos resultaban diagramas P/Q que muestran de manera más precisa posible el desarrollo de las absorciones por los escalones sucesivos, es decir, se reconoce claramente el tipo de las deformaciones cuando sucedan. El comportamiento geomecánico de los diferentes tipos de roca está bien conocido. Las pruebas de agua ya no tienen que explorar más el comportamiento básico de la roca sino solo de-ben constatar su permeabilidad original. Por eso es suficiente ejecutar en las inyecciones de prueba so-lamente las pruebas de agua del Tipo IA – investigación adicional que deben cumplir con las reglas y recomendaciones. 8.4 Presiones de inyección

La presión efectiva en el tramo inyectado es mayor que la presión manométrica, sobre todo en los tra-mos bajos de los barrenos profundos y en caso de la ausencia de agua subterránea: la suspensión pesa más que el agua y según p = γ × h su columna causa más presión hidrostática (por ejemplo: una co-lumna de agua de 100 m de profundidad causa la presión hidrostática de 10 bar; en cambio: la presión hidrostática causada por una suspensión de γ = 1,5 g/cm³ alcanza 15 bar). El aumento de la presión ma-nométrica en la presión efectiva no tiene importancia para la inyección en los basaltos, pero es impor-tante para la toba porque su condición es distinta. Algunos ensayos de agua ejecutados en las tobas indicaban presiones críticas bastante bajas, es decir entre 5 y 10 bar. La presión de rechazo definida para el basalto del orden de 10 bar será demasiado grande para la toba, que es muy probablemente mucho más susceptible al hidrofracturamiento, porque es roca blanda y a lo largo de los barrenos interseca muchos tramos con diaclasas aún cerradas, mien-tras poseen planos latentes causados por su seudo-estratificación. Entonces hacen falta para las inyec-ciones de la toba presiones manométricas mucho más pequeñas, sobre todo para la inyección de los tramos bajos en barrenos profundos. Para las inyecciones de la toba debería aplicarse para cada tramo

91

una presión individualmente determinada por medio de ensayos de agua, para determinar la presión crítica. Pero al momento de alcanzar claramente dicha presión no deben aplicarse escalones de presión más altos sino que se termina el ensayo sin aplicar escalones descendentes. 8.5 Basalto inferior Las inyecciones de prueba deben incluir también el basalto inferior. Para establecer el modelo geotéc-nico y para investigar el régimen hidráulico que se desarrolla en el subsuelo bajo la condición del em-balse lleno, es necesario reconocer las permeabilidades e inyectabilidades de las diferentes zonas for-mando el subsuelo, es decir, el basalto superior, el basalto inferior y la toba entre ellos. Eso no será posible con perforaciones inclinadas de 50 m de longitud y por lo tanto hace falta adaptar las longitudes de los barrenos a la posición del basalto inferior. Los barrenos deberían penetrar por lo menos unos 15 m en el basalto. Frente a las posibles discrepancias entre permeabilidad e inyectabilidad hace falta es-timar de qué manera se puede optimizar la relación entre inversión y reducción de la permeabilidad. 8.6 Medidas de control Finalmente hace falta controlar el resultado de esas inyecciones. Este control debería constar de los siguientes componentes:

• Los resultados de los ensayos de agua y las tomas de cemento absorbidas por las inyecciones de la última serie – los terciarios o quizás los cuaternarios.

• Ambos resultados (agua, cemento) de los barrenos de control a dirigirse en direcciones opues-tas, atravesando así la zona inyectada.

• Como límites tolerables a alcanzar sirven para los ensayos de agua 5 UL y para las inyecciones de cemento 50 kg/m. Se puede terminar las inyecciones cuando se obtengan absorciones meno-res. En caso contrario, o sea mientras los resultados finalmente obtenidos sobrepasen estos limi-tes, entonces se deberían ejecutar barrenos adicionales en aquellos sectores donde se obtuvieron resultados insuficientes.

8.7 Pruebas de agua – cuándo, dónde y cómo? Se logra el diagrama P/Q más preciso posible con una multitud de escalones con intervalos pequeños en ambas direcciones – escalones ascendentes y descendentes. Por supuesto, tal práctica exige mucho tiempo e inversiones. En vista de la contradicción metodológica entre lo deseable y lo realizable el sus-crito propone el siguiente procedimiento que sirve como compromiso apropiado: a) Hace falta completar las inyecciones de prueba en sitios adicionales. Se debe empezar cada sitio con

la perforación de los dos barrenos primarios puestos a una distancia de 6 m. Cada barreno será per-forado hasta la profundidad prevista con recuperación de núcleos. 1)?

b) Los núcleos permitirán establecer la columna litológica. En base ésta se definen los limites de los

tramos para los barrenos primarios c) Las dos columnas litológicas permitirán establecer un corte geológico con sus límites geológicos, en

caso que haya rocas diferentes. A base de estos límites se puede definir también la posición de los

92

tramos que se prevén para los barrenos secundarios y terciarios a perforar, después de haber termi-nado los trabajos en los primarios.

d) En los barrenos primarios se tratan los tramos desde el fondo hacia arriba, es decir, en dirección

ascendente. Se cierran todos los tramos siempre con el obturador simple. Antes del cierre se lava el tramo bombeando agua a través de la tubería hasta que salga agua limpia del espacio anular del ba-rreno.

8.8 Definición de los tramos a) En el pasado se hicieron pruebas de agua sistemáticamente en tramos de 5 m, que a veces compren-

dían diferentes tipos de roca – o bien un solo tipo de roca, lo que sucedía por casualidad. b) Los tramos deberían comprender de ser posible un solo tipo de roca. En vez de ejecutar los ensayos

en tramos de 5 m, sus límites deberían adaptarse a los cambios entre las rocas diferentes, aunque salgan algunos más cortos y otros más largos; por supuesto debe considerarse un máximo: si un tramo en la misma roca llegara a 8 m, entonces deberían dividirse en dos tramos de 4 m cada uno.

c) Para poder dictaminar sobre la inyectabilidad de la roca se requieren comparaciones entre las canti-

dades de agua absorbidas y las tomas de cemento inyectadas. Por lo tanto, se deben efectuar los en-sayos y las inyecciones en tramos del mismo tipo de roca.

d) Para lograr comparabilidad y ejecución de los ensayos en un solo tipo de roca, se necesita conocer

la columna litológica. e) Para determinar la columna litológica se requieren perforaciones con recuperación de núcleos. f) Con base en la columna litológica se puede identificar los cambios entre diferentes tipos de roca. g) Parece fácil adaptar los tramos a los cambios para cumplir con el requisito de tratar en un tramo

solamente un tipo de roca. h) Las pruebas de agua ejecutadas en dirección descendente, es decir con obturador simple y alter-

nando con la perforación, son preferibles porque producen los resultados más correctos y confiables i) Durante la perforación del tramo para el próximo ensayo no se conocen todavía los núcleos de la

nueva sección porque están en el barril doble, es decir, se sacan los núcleos del barril al final de la perforación de ese tramo y antes no se puede constatar, si mientras tanto no hubo un cambio de ro-cas.

j) La ejecución de las pruebas de agua depende de la absorción: i) En caso que la roca sea impermeable y no absorbe agua se mantiene la presión de PM = 1 bar constante durante un minuto, y entonces se termina el ensayo. ii) En caso de roca permeable, se lleva a cabo la prueba de agua cada vez con dos escalones de

presión sucesivos: 1) PM = 1 bar y PM = 3 bar, respectivamente. En la fase inicial de cada esca-lón el flujo no será estable la presión sino oscila. Después de estabilizarse, se mantiene la cons-tante presión durante 3 minutos.

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9. Instrucciones resumidas Durante décadas formaban los resultados de las pruebas de agua la base para la decisión en favor o en contra de la instalación de una pantalla de inyecciones: Tan pronto como las absorciones excedían el ‘Criterio Lugeon’, es decir Q ≥ 1 UL (1 l/min*m*10 bar = 1 UL), se decidía inyectar el subsuelo y no se tomaban en consideración ni las condiciones hidráulicas e hidrogeológicas ni la inyectabilidad de la roca. Los resultados contradictorios dieron motivo para analizar los factores efectivos. Por fin, se con-cluye que para lograr un resultado óptimo, deben considerarse no solamente los resultados de las prue-bas de agua sino también las condiciones hidráulicas e hidrogeológicas y asimismo, la inyectabilidad individual del tipo de roca. La definición de parámetros tecnológicos es importante e igualmente la evaluación simultánea de los datos. En resumen, Anexo 1 compila los temas implicados, junto con las investigaciones requeridas, los factores esenciales y las propiedades relevantes de suelos, vías de agua y suspensiones. La razón de esta compilación particular es más bien con la idea de especificar todas las posiciones para asegurar que queden atendidas, es decir, que no se olvide algo esencial. Estas instrucciones resumen los detalles más importantes en los anexos:

• Anexo 2 - Criterios de decisión • Anexo 3 - Permeabilidad de la roca que forma la cimentación • Anexo 4 - Condiciones hidráulicas e hidrogeológicas • Anexo 5 - Inyectabilidad de la roca • Anexo 6 - Técnicas y ejecución de las inyecciones • Anexo 7 – Registro de datos • Anexo 8 - Evaluación

Las condiciones hidráulicas se refieren al sitio mismo de la cortina. Las condiciones hidrogeológicas comprenden el macizo rocoso de sus alrededores. Todos los hechos, factores y aspectos que puedan jugar un papel serán presentados a continuación para que no se desatienda ninguno de ellos. 9.1 Criterios de decisión Una roca no requiere impermeabilización, si en las pruebas de agua absorbe menos de 1 UL, porque entonces es prácticamente impermeable. Aunque Lugeon nunca concluyó que absorciones algo -mayores ya indican roca permeable; los sucesores aplicaron ese criterio de manera opuesta: Siempre cuando había absorciones mayores de 1 UL, se impermeabilizaba la roca por medio de inyecciones. Aquel concepto se basó en el convencimiento ’lo que se desea es alcanzable’. Mientras tanto hemos aprendido que el conjunto de los componentes efectivos es más complicado: Además de los resultados de las pruebas de agua, deben considerarse como criterios de decisión también las condiciones hidro-geológicas y la inyectabilidad de la roca, como lo ilustra Anexo 3:

• Absorciones entre 1 y 5 UL (orden de magnitud) caracterizan una roca prácticamente imper-meable o de una permeabilidad que no requiere ni permite una inyección, salvo que haya condi-ciones hidráulicas muy susceptibles o que las posibles pérdidas de agua del embalse afecten la factibilidad económica del proyecto (por ejemplo: presas pequeñas para agua potable).

• En caso de absorciones pequeñas y también mayores de 5 UL se depende de las condiciones hidrogeológicas si los resultados de estos ensayos son aplicables (Anexo 4): * La heterogeneidad de la roca junto con la permeabilidad anisotrópica que incluye capas im-

permeables pueden causar condiciones favorables que determinan la permeabilidad total del

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macizo rocoso entre aguas arriba y aguas abajo. Tales hechos – al igual como otros – no re-quieren una impermeabilización.

* En cambio, la roca homogénea junto con la permeabilidad isotrópica significan condiciones desfavorables porque facilitan un flujo directo entre aguas arriba y aguas abajo, hecho que exige una impermeabilización.

• La necesidad de impermeabilizar el subsuelo no implica automáticamente la inyectabilidad de la roca, y por lo tanto es necesario investigarla (Anexo 5): * Las rocas permeables no son necesariamente inyectables. Hay tipos de rocas permeables con

inyectabilidades bastante limitadas. Entonces necesitan una impermeabilización, pero por medio de otra tecnología, debido al hecho que las inyecciones no son realizables con éxito.

* En el caso de que la investigación identifique la roca como inyectable, debe definirse la tec-nología y ejecución apropiada (Anexo 6), el registro de los datos (Anexo 7) y de la evalua-ción (Anexo 8).

9.2 Pruebas de agua Anexo 3 trata de la ejecución de las pruebas de agua, Tipo Lugeon. A continuación se comentan bre-vemente los detalles: Tipos de ejecución Para cumplir con los diferentes propósitos de los ensayos se distingue entre los tres tipos IB – investi-gación básica, IA – investigación adicional e IS – investigación simple. Tipo IB – Investigación básica Es el objeto del tipo IB de examinar fundamentalmente la roca en cuanto a su permeabilidad y defor-mabilidad así como también de clasificar los diagramas P/Q. Por lo tanto, se aplican escalones de pre-sión ascendentes seguidos por escalones descendentes. Tipo IA – Investigación adicional En la segunda fase de las investigaciones se añaden ensayos del tipo IA para completar las informacio-nes acerca de la permeabilidad y la deformabilidad. Se usan también escalones de presión, pero se pue-de renunciar a los descendentes, es decir: el diagrama P/Q recibe solamente la rama ascendente. Tipo IS – Investigación simple La inyectabilidad de la roca es reconocible por medio de relacionar las tomas de agua con las tomas de cemento. Por lo tanto, puede ser razonable investigar la permeabilidad original durante la ejecución de las inyecciones principales. Para eso es suficiente llevar a cabo pruebas de agua de un solo escalón a una presión de 1 o 2 bar, es decir, pruebas de agua del tipo IS. Presiones máximas En las pruebas de agua de los tipos IB e IA debe llegarse a presiones que excedan en un 20% (aproxi-madamente) a la carga hidráulica desarrollada por el embalse. Es necesario exceder en los ensayos la carga máxima del embalse, por otra parte no se podría controlar si dicha presión provocaría un hidro-fracturamiento en la fundación. Tal requisito exige para cortinas de gran altura presiones bastante altas. Por ejemplo: para una presa de 200 m de altura deberían aplicarse como presión máxima unos 24 bar. En realidad, dos casos opuestos pueden ocurrir:

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• En roca muy dura empiezan las deformaciones a presiones aún más altas. Después de haber eje-cutado bastantes ensayos a dichas presiones que suministraron suficiente información repre-sentativa, se puede continuar las pruebas de agua a presiones moderadas – quizás a 12 bar.

• El hidrofracturamiento de discontinuidades latentes o dilataciones de diaclasas abiertas empie-zan ya a presiones más bajas – quizás a 12 bar – entonces se podría continuar los ensayos a pre-siones algo más altas – quizás a 14 bar – para asegurar, que tales deformaciones ocurren en cada ensayo. La repetición de los hidrofracturamientos o las dilataciones permite analizar cuidado-samente la deformabilidad de la roca frente a presiones altas. Un conocimiento detallado de ese complejo ayuda para una ejecución óptima de las inyecciones principales.

Intervalos Los intervalos entre los escalones de presión son también importantes. En principio estamos confronta-dos con un dilema: Para registrar los comportamientos de deformación lo más preciso posible, debería-mos aplicar intervalos pequeños. Pero esta práctica significaría un gran número de escalones que pro-longaría la duración de una prueba de agua y, en consecuencia, aumentaría los costos. Parece ser pru-dente combinar en la fase inicial de tales ensayos un gran número de escalones con intervalos cortos y, continuar después de haber recibido suficiente experiencia con los ensayos menos detallados, es decir, menos escalones e intervalos más grandes. Registro de datos El registro de datos depende del equipo disponible en el sitio de la obra. Hace tiempo hubo equipos para registrar automáticamente todos los datos, sobre todo, las presiones efectivas en los tramos ensa-yados junto con las cantidades absorbidas. El uso de tal instrumentación es recomendable porque sumi-nistra datos precisos. Sin embargo, para trabajar inmejorablemente, se necesita un buen mantenimiento realizado por personas con bastante experiencia. Además, el uso de tal equipo es costoso. Como solu-ción alternativa existe el registro manual. Necesita manómetros y medidores de agua bien calibrados y el personal que toma las notas. Por supuesto, no se registran las presiones verdaderamente efectivas en los tramos ensayados sino del manómetro puesto en el brocal del barreno – práctica que exige la debida evaluación de cada ensayo, es decir, es necesario calcular la presión efectiva para cada escalón de pre-sión. Es recomendable de adaptar la forma del registro de los datos a las circunstancias de cada obra. Parámetros de absorción En las pruebas de agua se mide la cantidad de agua absorbida. Debido al hecho que ni se conoce el nú-mero de las vías de agua ni sus anchuras, no resulta de esta cantidad el coeficiente de permeabilidad (kf) sino un ‘parámetro de absorción’. Con el fin de distinguir entre el estado original de las vías de agua y su estado deformado se establecieron los parámetros

• Q1’ y Q10’ que describen la absorción de las vías de agua en su estado original a presiones de 1 bar y 10 bar, respectivamente, y

• Q1* y Q10* que describen la absorción de las vías de agua después de su fracturamiento o dilata-ción a presiones de 1 bar y 10 bar, respectivamente.

Diagrama P/Q Es necesario graficar los diagramas P/Q para derivar los parámetros de absorción. El diagrama mismo sale de la evaluación manual o de la evaluación automática de las pruebas de agua por medio del Pro-grama GRT2002.

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Clasificación de diagramas P/Q El sistema de clasificación definido por el autor distingue entre 6 tipos relativos. ‘Relativo’ – porque se refieren a la presión máxima que se aplicó en cada programa de investigación, que esta relacionada con la altura de la cortina. Los tipos distinguen entre: impermeable – saturación – hidrofracturamiento – permeable – dilatación – erosión de materiales sueltos. La clasificación junto con una evaluación esta-dística permite juzgar las características geotécnicas de un macizo rocoso. 9.3 Condiciones hidráulicas e hidrogeológicas Anexo 4 resume las condiciones hidráulicas e hidrogeológicas; a continuación se comentan los factores y aspectos más importantes. Instalación de una pantalla Las siguientes condiciones hidráulicas no exigen la instalación de una pantalla de inyecciones:

• Permeabilidades en roca uniforme ≤ 5 UL; excepto cortinas que causan gradientes hidráulicos demasiado grandes, condición que se puede aplicar a cortinas altas y esbeltas e igualmente a ro-cas erodibles. Es bien probable que tales cimentaciones no sean inyectables con lechadas de cemento, sino que requieran inyecciones de sustancias químicas.

• Permeabilidades desiguales, es decir: roca bien estratificada con intercalaciones de capas mu-cho menos permeables.

• Fallas de orientación apropiada que incluyen zonas bien trituradas con permeabilidades muy re-ducidas.

• Suelos limo-arcillosos de suficiente espesor y densidad que tapen la terraza aluvial y ambas la-deras y que yacen encima de suelos bien mezclados para proveer seguridad contra filtraciones. Para embalses de poca o moderada profundidad tales situaciones geológicas e hidráulicas sirven para reducir suficientemente la carga hidráulica.

Profundidad y tipos de la pantalla En el pasado hubo la regla de asociar la profundidad de la pantalla con la altura de la cortina. En rela-ción con la distancia directa entre aguas arriba y aguas abajo, esta práctica duplicaba la longitud de las líneas de flujo y en consecuencia reducía en un 50% (y algo más) el gradiente hidráulico y las filtracio-nes hacia aguas abajo. Se practicaba esa regla también cuando zonas menos permeables empezaban a poca profundidad; entonces resultaba una pantalla demasiado profunda. Hoy en día se prefiere la idea de adaptar la profundidad de la pantalla a la permeabilidad de la roca, la cual se disminuye normal-mente hacia abajo. Resultan dos conceptos:

• La zona menos permeable ya empieza a poca profundidad y por lo tanto permite la instalación de una ‘pantalla conectada’, es decir, los barrenos penetran en la transición entre la roca per-meable e ‘impermeable’ entran pocos metros en la roca impermeable. Ese concepto es el más efectivo posible.

• La profundidad alcanzable de una pantalla conectada es variable porque depende, ante todo, de la tendencia de los barrenos a desviarse: los barrenos no siguen estrictamente en la dirección in-tentada sino se desvían de la misma. Además ocurre que barrenos adyacentes se pueden desviar en direcciones opuestas. Resulta que las zonas inyectadas se traslapan solamente hasta cierta profundidad, más hacia abajo quedan ventanas abiertas. Tales ventanas no son aceptables por-que anulan en esta zona la función de la pantalla. Existen tres factores que influyen en la sus-ceptibilidad a desviarse:

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* El equipo de perforación (con / sin recuperación de núcleos) * El tipo de roca (masivo o estratificado), y los tipos y el estado de las discontinuidades * El ángulo de intersección entre los barrenos y las discontinuidades más susceptibles. A veces la pantalla logra mayor profundidad por medio de una tecnología de perforación más exigente. Puede ser ventajoso aplicarla, porque implica la posibilidad de instalar una pantalla conectada, que es bastante más efectiva que la pantalla colgante.

• Si la zona de menor permeabilidad empieza demasiado profundo y tampoco es alcanzable con la mejor tecnología posible, entonces queda solamente la ‘pantalla colgante’. Significa la misma inversión pero es mucho menos efectivo.

Extensión de la pantalla las márgenes La extensión lateral de la pantalla depende de la inclinación de la capa freática porque la pantalla debe-ría llegar hasta un punto donde la capa llegue y exceda al nivel máximo del embalse. Ese requisito sig-nifica una extensión larga en caso de una inclinación suave. 9.4 Inyectabilidad Anexo 5 trata de los temas y factores relevantes, que deben considerarse para analizar los tipos de roca en cuanto a su inyectabilidad, la cual se entiende, mientras tanto, como propiedad individual. Para lo-grar el mejor éxito, se debe adaptar siempre la técnica a la inyectabilidad de la roca del sitio. Es difícil de determinar con exactitud la inyectabilidad de la roca. Los temas tratados a continuación suministran indicios: Los tipos de las discontinuidades, la geometría y la distribución de las vías de agua en relación con las diferentes discontinuidades y las diferentes ligas de la roca junto con las for-mas de intercomunicación permiten ya una estimación. Debe considerarse también el comportamiento respecto al hidrofracturamiento de las discontinuidades latentes y la dilatación de grietas abiertas y, al igual las presiones requeridas para inyectar vías de agua de diferentes diámetros. La comparación entre las absorciones de agua y las cantidades inyectadas (QA/QS) es igualmente importante para desarrollar una idea completa respecto a la inyectabilidad; las inyecciones de prueba son apropiadas para obtener esas informaciones. Tipos de discontinuidades Por causa de su origen las rocas poseen diferentes tipos de discontinuidades. Diaclasas aparecen siem-pre, en rocas magmáticas, sedimentarias y metamórficas. Por lo menos existen dos familias, cada una con su propia orientación. Lo más sencillo es el sistema ortogonal: las juntas de las dos familias se in-tersecan de manera rectangular. Las rocas sedimentarias tienen estratos que están bien susceptibles al hidrofracturamiento, sobre todo si llevan mica. Las rocas metamórficas como gneis, cuarcita y esquis-tos también pueden ser susceptibles porque llevan planos foliados causados por el paralelismo de sus minerales laminares. También un metamorfismo ligero de granitos – o tipos similares – puede proveer cierta susceptibilidad: mientras sus cuarzos crecen se alargan en la misma dirección que también cau-san paralelismo. Formación y geometría de las vías de agua La formación y la geometría de las vías de agua comprenden varios factores:

• Al principio las discontinuidades están predominantemente cerradas, pero los distintos procesos geológicos que siguen después separan localmente el contacto y por allí se forman vías de agua a lo largo de los planos.

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• En su estado inicial las vías son todavía pequeñas – como tubos, por ejemplo. Luego, durante dichos procesos geológicos erosiones químicas y mecánicas amplían y extienden esas vías ais-ladas y, por fin pueden ocupar un plano entero.

• Los diferentes tubos, canales y grietas se desarrollan de manera desigual y por lo tanto existen en la misma roca canales diminutos al lado de grietas amplias.

• Las diferentes discontinuidades no son igualmente aptas para el desarrollo de las vías de agua – unas más, otras menos, y por lo tanto evolucionan en cada dirección diferentes permeabilidades.

• Los resultados de las pruebas de agua son ambiguos porque la misma absorción puede originar de varias vías de agua: * Por ejemplo un tubo de 1 mm de ancho y 300 mm de largo absorbe 1 l/min*m*10 bar, es de-

cir 1 UL; 6 de tales tubos producen 6 UL – igual que un tubo de 2 mm de ancho y 300 mm de largo.

* La inyección de ambos diámetros requiere diferentes presiones – el tubo de 1 mm exige 10 bar, el de 2 mm exige 4 bar; las diferentes presiones significan en consecuencia diferentes inyectabilidades.

Intercomunicación hidráulica y Liga de roca La intercomunicación entre las vías de agua es un factor muy importante para la inyectabilidad, porque influye decisivamente en la extensión de la lechada. Depende mucho del tipo de la liga de un macizo rocoso, que por sí depende del grado de separación a lo largo de las discontinuidades, es decir, del gra-do de la desintegración:

• Es grande directamente debajo de la superficie y allá domina por eso una liga desconectada, es decir las discontinuidades están extensamente desintegradas y los cuerpos de roca entre los pla-nos están desconectados y más o menos movibles. Allá existe una buena intercomunicación, hecho que facilita no solamente la extensión de la lechada sino también la susceptibilidad al hidrofracturamiento; es decir, la liga desconectada significa tanto una ventaja como también lo contrario.

• La desintegración se disminuye hacia abajo, e igualmente el grado de separación y el grado de la intercomunicación. La roca es menos susceptible al ‘hidrofracturamiento’, pero igualmente pierde su intercomunicación. Hay tipos de roca con buena intercomunicación – y lo contrario. Líneas paralelas que muestran las fluctuaciones de la capa freática por el tiempo de varios piezómetros indican que existe intercomunicación – o lo contrario.

Hidrofracturamiento y dilatación El concepto ‘lo deseable es alcanzable’ junto con la costumbre de usar presiones altas lograba frecuen-temente resultados antieconómicos porque causaban tomas de sólidos muy grandes. La verdadera razón quedaba no solo desconocida sino se interpretaba las grandes intercalaciones de cemento, vistos en los núcleos de los barrenos de control, como indicio de la existencia de grietas abiertas. Se valoraban como justificación de esa inyección y como comprobación de su éxito. Esa interpretación era comprensible todavía para programas sin ejecución de pruebas de agua, porque no se realizaba que la roca estaba impermeable – o tenía en su estado original una permeabilidad muy pequeña. Pero también frente a absorciones diminutas, se reconocía en tales casos tampoco la verdadera razón de dichas tomas gran-des, hasta que se investigó especialmente la causa de la discrepancia entre las pequeñas absorciones de agua y las grandes tomas de sólidos: Es el hidrofracturamiento de discontinuidades latentes y la dilata-ción de diaclasas parcialmente abiertas provocado por presiones demasiado altas. En realidad esas pre-siones no son verdaderamente altas: las rocas blandas sufren hidrofracturamientos a presiones críticas ya a 3 bar y en rocas duras apenas exceden a 20 bar. Al contrario, se usaba presiones de inyección bas-

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tante superiores y por lo tanto es bien explicable que los hidrofracturamientos y dilataciones ocurrían a menudo. Presión requerida La penetración – e inyección – de diaclasas exige cierta presión que sube en proporción inversa a su diámetro; por ejemplo: una vía de agua de 0.5 mm exige una presión de 2 bar, una de 0.2 mm unos 10 bar, respectivamente. La relación entre el diámetro de la vía de agua y la presión requerida para pene-trarla determina, junto con el fenómeno del hidrofracturamiento y la dilatación, la inyectabilidad indivi-dual de cada roca. Inyecciones de prueba En cualquier obra nueva se deberían realizar inyecciones de prueba. Tienen el propósito de comprobar la inyectabilidad y de determinar la tecnología más apropiada. Deben considerarse los siguientes deta-lles:

• Las condiciones geológicas (tipos de roca, tipos de discontinuidades, grado de desintegración, posición de la capa freática) normalmente varían por todo el área del sitio. Por eso puede ser necesario ejecutar las inyecciones de prueba en varios lugares, por ejemplo en ambas laderas y en la terraza aluvial.

• Se deberían llevar a cabo las inyecciones por lo menos en tres etapas (series) – primarias, se-cundarias y terciarias – para obtener seguridad y para poder reconocer que las tomas tanto de los tramos individuales como las tomas promedio de las etapas sucesivas se disminuyen. Una reducción significativa identifica la impermeabilización progresiva.

• Diaclasas extensas y amplias permiten una propagación larga de la lechada. Es bien probable que la distancia final de 2 m entre barrenos vecinos cumpla con el requisito de lograr una im-permeabilización traslapada. Entonces deberían localizarse los barrenos de las tres etapas a 8 – 4 – 2 m.

• La lechada no puede extenderse lejos en roca de vías de agua cortas y estrechas. Hecho que exi-ge una distancia final de un metro, quizás aún menos. * Al principio parece ser lo mejor localizar los barrenos primarios a 6 m. Los barrenos se-

cundarios y terciarios seguirían a 3 m y 1.5 m, respectivamente. Si la disminución por las etapas y las cantidades absorbidas no indica una impermeabilización suficiente, entonces se pueden añadir barrenos cuaternarios alcanzando la distancia final de 0,75 m. Quizás sea sufi-ciente prever tales barrenos solo localmente.

* La aplicación de una cadena de 4 – 2 – 1 m es poco recomendable porque si la distancia final de 1 m no basta, entonces se debería acortarla para los cuaternarios a 0.5 m. En cambio una distancia demasiado corta no es apropiada a menudo, sobre todo en roca blanda o frente a presiones de inyección altas: Inyecciones producen tensiones que pueden relajar la roca en su vecindad. Barrenos posteriores que están demasiado cerca de los anteriores ya inyectados, pueden inducir por relajación una nueva permeabilidad.

• Debido a la importancia de la relación QA/QS debería ser obligatorio ejecutar siempre pruebas de agua, y se debería usar siempre los mismos tramos. Esta relación con sus 4 grupos (Anexo 4) ayuda mucho para reconocer la inyectabilidad.

• En la primera fase de las inyecciones de prueba se deberían colocar los barrenos primarios, se-cundarios y terciarios a lo largo de una línea. Si esos 5 barrenos no suministran todavía las in-formaciones requeridas, se puede extender el programa en este lugar, finalmente con barrenos colocados a lo largo de los lados de un triángulo, y en su centro (Anexo 4).

• Las inyecciones de prueba exigen una evaluación inmediata de los resultados, para asegurar que se adaptan los trabajos inmediatamente en caso que haya resultados inesperados.

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• Las instrucciones acerca de las lechadas y presiones están especificadas en el Anexo 5. 9.5 Tecnología y ejecución El Anexo 6 menciona los siguientes conjuntos y factores que son relevantes para la tecnología de las inyecciones y su ejecución:

• Extensión de la pantalla, • Dirección de los barrenos, • Espesor de la pantalla, • Inyección por etapas, distancia entre los barrenos, • Tipos de las lechadas, • Presión de inyección.

Los detalles más importantes de estos temas serán discutidos a continuación: Extensión de la pantalla La extensión de la pantalla es un factor importante:

• Se necesita equipo de perforar que minimiza las desviaciones de los barrenos. Es aplicable para rocas susceptibles al respecto y para pantallas profundas, sobre todo si existe la posibilidad de instalar una pantalla conectada a pesar de la posición honda de la roca de menor permeabilidad.

• La instalación de una pantalla dentro de las márgenes debe realizarse desde galerías, condición que exige un equipo adecuado.

• La instalación de pantallas largas exige tipos adecuados de plantas, maquinarias, tuberías e ins-trumentaciones para registrar.

Dirección de barrenos La penetración de las diaclasas por la lechada es la mejor en caso de la intersección más rectangular posible entre el barreno y la vía de agua. De acuerdo con eso se debería orientar los barrenos. Si las vías de agua principales existen en direcciones diferentes, pueden ser también apropiado orientar los barrenos también en direcciones opuestas. Barrenos parcialmente ‘prefabricados’ En caso de llevar a cabo la instalación de la pantalla desde una galería se debería perforar los barrenos a través del concreto armado. Si se conoce con anterioridad los sitios de los barrenos, puede ser venta-joso colocar tubos plásticos en esos sitios previstos antes de colar el concreto, porque entonces ya no será necesario perforar a través del concreto armado. Espesor de la pantalla Hay varios factores que determinan – o influyen por lo menos – el espesor de la pantalla, y además hay una interdependencia entre la construcción de una galería y la ejecución de las inyecciones:

• El factor más decisivo es la estabilidad de la roca respecto a erosiones, tanto de la roca misma o de rellenos que contengan las grietas: si hay estabilidad, entonces la pantalla no requiere un -espesor grande, a pesar de un gradiente hidráulico fuerte.

• En cambio: roca erodible o – aún más sensible – rellenos sueltos exigirían un espesor grande para disminuir el gradiente hidráulico lo más posible. Tal requisito se aplica sobre todo para -cargas hidráulicas grandes, es decir, para cortinas altas.

• La ejecución de las inyecciones desde una galería resulta en una pantalla de poca anchura, sobre todo si se realiza una pantalla de una sola fila. No obstante, el diámetro convencional de una ga-

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lería da espacio para colocar tres filas de barrenos con una distancia total de 2 m entre las filas externas. Con la primera fila colocada al lado de aguas abajo, la segunda fila al lado de aguas arriba y la tercera fila entre ellas, tal pantalla lograría una buena impermeabilización, y sería bastante ancha para condiciones promedio.

• Si el gradiente hidráulico tolerable exigiera una anchura más amplia – quizás hasta 10 filas co-locadas a una distancia de 1 m entre ellas – entonces se debería ejecutar la obra antes de la construcción de la cortina desde una plancha de concreto armado, colocada encima de la roca bien preparada.

Galería de inyecciones La construcción de una galería de inyección (y de control) permite separar la construcción de la cortina de la ejecución de las inyecciones. Es ventajoso por varios aspectos:

• La ejecución de las inyecciones puede tardar debido a demoras inesperadas e incalculables. Sin galería hay que esperar con la construcción de la cortina hasta que se termine la instalación de la pantalla. En cambio, la ejecución de las inyecciones desde la galería permite empezar con la construcción conforme al programa de trabajo; las demoras de las inyecciones no tienen tanta importancia.

• La ejecución de las inyecciones desde la galería tiene la ventaja de trabajar contra el peso de la cortina, condición que mejora la situación geomecánica porque disminuye la susceptibilidad al hidrofracturamiento y permite aplicar presiones de inyección algo más altas.

• Ocurre con frecuencia que las pruebas de agua produzcan resultados dudosos: la necesidad de una pantalla no está bien confirmada. Entonces se pueden excavar las galerías y dejar pendiente el inyectado hasta el primer llenado del embalse para reconocer la verdadera permeabilidad ac-tual. Ha habido muchos casos que mostraban filtraciones insignificantes y reducciones de sub-presión satisfactorias. En esos casos, se pudo renunciar a la impermeabilización del subsuelo.

• La permeabilidad de la roca puede aumentarse durante la vida del embalse. Una galería -permitiría re-inyectar el subsuelo a cualquier tiempo posterior.

Dirección de inyectado La práctica de inyectar comprende dos métodos – hacia abajo y de abajo hacia arriba. Ambas direc-ciones tienen sus ventajas y desventajas:.

• La inyección descendente es indispensable cuando existe la necesidad de investigar la permea-bilidad por medio de pruebas de agua. En cada tramo se lleva a cabo primero la prueba de agua y luego la inyección. Después del fraguado de la lechada se re-perfora ese tramo y se perfora el próximo – repitiendo el mismo procedimiento tramo por tramo. Es decir, esta práctica requiere más tiempo y un cambio continuo del equipo. Esa forma de inyectar es más costosa, sin embar-go hay dos condiciones que la favorecen: * En caso de no conocer todavía la permeabilidad pero sí de suponer que se halla pronto una

zona menos permeable, que permite la instalación de una pantalla conectada. * Si existe la necesidad de impermeabilizar la roca primeramente debajo de la superficie para

evitar que la lechada inyectada entre a capas de filtros que entonces perderían su función. Tal condición permitiría también una combinación de manera que se tratarían primeramente unos pocos tramos de arriba, para instalar un apoyo. Después se aplica la inyección ascen-dente.

• La inyección ascendente comprende la perforación del barreno hasta el tramo más hondo. En-tonces se inyectan todos los tramos de abajo hacia arriba, con interrupciones solo para colocar y fijar el obturador en el próximo tramo. Este procedimiento es apropiado para las pantallas de profundidad bien definidas ya antes del comienzo de la instalación.

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Inyección en etapas (series) sucesivas. Como ya mencionado, es el concepto fundamental de las inyecciones de roca de “inyectar en etapas (series)”. En este sentido se habla de inyecciones primarias, secundarias etc, o de barrenos primarios, secundarios etc. Inyectar por etapas tiene el objetivo controlar como los materiales inyectados llenan gradualmente las diaclasas. Las primarias absorben cantidades grandes que llenan las diaclasas amplias y extensas. Las secundarias encuentran una roca parcialmente ya inyectada, quedan menos diaclasas todavía abiertas que absorben menos. Las terciarias completan esta impermeabilización gradual. La reducción de las cantidades inyectadas por las etapas sucesivas indica el progreso de la impermeabili-zación. El grado de la impermeabilización depende del número de etapas requeridas, mejor dicho, de la distancia entre los barrenos de la última etapa. Dos etapas no bastan para reconocer con seguridad si ya se logra una reducción. Esto vale también porque ocurre a menudo las secundarias absorben aún más que las primarias. Por eso se deberían realizar como mínimo tres etapas. De otra manera no tiene segu-ridad si se alcanzó verdaderamente la reducción requerida. A veces es necesario ejecutar barrenos cua-ternarios. Esto, por fin, depende de la distancia elegida para los barrenos primarios. Distancia entre los barrenos Tanto el número de las etapas como el espaciamiento final entre los barrenos adyacentes depende de la geometría y distribución espacial de las discontinuidades que, en consecuencia, determinan la geome-tría y la distribución de las vías de agua. Para diaclasas amplias y largas será apropiado de prever tres etapas con distancias de 8 m para los barrenos primarios, 4 m para los barrenos secundarios y 2 m para los barrenos terciarios. Para diaclasas cortas y estrechas se puede empezar con un espaciamiento inicial de 4 m y finalmente de 1 m, respectivamente, como se presenta en el Anexo 5. Tipos de lechada En el pasado hubo una controversia entre la ‘Escuela norteamericana’, que prefería lechadas bastante acuosas (A/C ≥ 8, por volumen) y, la ‘Escuela europea’ que usaba lechadas gruesas (A/C ≤ 2, por pe-so). Se empezaba la inyección de un tramo con una lechada de A/C ≈ 2; después de haber inyectado cierta cantidad, sin lograr la presión de inyección de presión definida – quizás 500 kg/m – , se conti-nuaba la inyección con lechadas más gruesas. Durante los últimos 20 años se desarrolló otra práctica: Se empieza y se termina la inyección con una sola lechada de A/C ≤ 1 ≥ 0.8 a la cual se agregan fluidi-ficantes para reducir la cohesión. Detalles al respecto se propone el Anexo 5. Las recetas consideran también la geometría y la extensión de las vías de agua; igualmente recomiendan el uso de pastas para la impermeabilización de grietas muy amplias y extensas, porque pueden evitar extensiones demasiado grandes que causan la absorción de cantidades enormes. Presión de inyección Para la instalación de pantallas se debería aplicar el criterio de ‘inyecciones de penetración’ que tienen como objetivo el llenado de diaclasas abiertas. En cambio, se habla de ‘inyecciones de desplaza-miento’, si se quiere comprimir roca relajada. Estas últimas exigen el uso de presiones altas, es decir, se quiere aprovechar de la dilatación de diaclasas abiertas y del hidrofracturamiento de discontinuidades latentes – fenómenos que deberían evitarse o minimizarse en inyecciones de penetración. Por lo tanto, se debe tomar en cuenta lo siguiente:

• Es indispensable examinar mediante pruebas de agua la susceptibilidad de la roca en cuanto a su deformabilidad, es decir, se necesita conocer la presión crítica que causa hidrofracturamiento o dilatación. Se debe considerar siempre la presión efectiva, es decir: debe calcularse cuando el manómetro está colocado en el brocal del barreno.

103

• Las presiones de inyección no deberían alcanzar las presiones críticas que causan el hidrofractu-ramiento.

• Las presiones de inyección pueden exceder las presiones críticas que causan la dilatación, pero solamente hasta cierto grado para evitar la absorción de cantidades demasiado grandes.

• En los programas de inyección se tiene a menudo el manómetro instalado al lado del brocal y allá se registran las presiones. El peso unitario de la lechada es mayor que aquel del agua – por ejemplo: * para una suspensión de A/S = 0,8 (80 kg Agua, 60 kg Cemento, 40 kg Arena) vale γLechada =

1,58 g/cm³, * γAgua = 1,00 g/cm³. Esta discrepancia significa que la presión efectiva en inyecciones alcanza la presión crítica que se determinó en pruebas de agua ya en tramos menos profundos; el Anexo 6 muestra un ejem-plo. En caso que se desatendiera la discrepancia de los pesos unitarios saldrían presiones máxi-mas que excederían las presiones críticas – con todos resultados desventajosos.

9.6 Registro de datos Para la colección de los datos que se obtiene durante la ejecución de las inyecciones se aplican dos métodos:

• El registro por medio de un medidor automático que mide la presión efectiva y la cantidad in-yectada por el tiempo. Ya se mencionó antes que ese tipo de equipo es bastante exigente y deli-cado – funciona bien pero necesita un buen mantenimiento incluso calibraciones frecuentes; además es caro su empleo. El medidor suministra automáticamente una gráfica que muestra el desarrollo por el tiempo en curvas paralelas, tanto la presión como la cantidad inyectada. Se re-nuncia a discutir detalles tecnológicos de tales sistemas porque hay varios y en caso necesario se debe aprender el uso de lo elegido.

• El registro manual es simple: se mide continuamente la presión del manómetro, puesto cerca del brocal del barreno, y el consumo de la lechada. Para registrar el consumo se usa un contador es-pecial o – aún más simple – se mide continuamente la disminución del volumen de la lechada en el tanque mezclador. El protocolo del registro manual lista los datos (PM y Q), que exigen una evaluación que comprende el cálculo de la presión efectiva y la cantidad inyectada. Calcu-lar la cantidad exige más esfuerzo si se inyectaba en un mismo tramo lechadas diferentes. El re-gistro manual es simple aunque bastante trabajoso, porque se debe apuntar y evaluar un montón de datos.

• Para facilitar y acelerar la evaluación manual se desarrolló durante la ejecución de las inyeccio-nes de prueba en el Proyecto de Arcediano el formato para el “Registro en tiempo real”. El con-cepto prevé teclear los datos directamente al lado de la obra misma en el formato abierto en el ordenador, tanto los datos básicos como los datos de la inyección misma. El formato está pro-gramado de manera que hace automáticamente todos los cálculos y por fin produce una gráfica que muestra el curso de la inyección en tiempo real. No se necesitan más evaluaciones. Los de-talles del formato junto con las instrucciones para su empleo se encuentran en el Anexo 6.

104

9.7 Evaluación La evaluación de los datos debería comprender los siguientes componentes:

• Los informes detallados de las pruebas de agua y de las inyecciones (Anexo 8, Figuras 1 y 6). • Cortes longitudinales que muestran los resultados de las pruebas de agua y de las inyecciones

para todos los barrenos y sus tramos. Se usan diferentes formas. Los ejemplos aquí presentados resultan de una evaluación programada: * Anexo 8, Figura 2 muestra un corte de dos barrenos, cada vez con 4 tramos con sus profun-

didades, valores Q10’ y Q10* y tipos de clasificación * Anexo 8, Figura 7A muestra un ejemplo de dos barrenos, cada vez con 3 tramos con sus pro-

fundidades y las cantidades inyectadas en kg/m. * Anexo 8, Figura 7B muestra un ejemplo de un barreno con 3 tramos con sus profundidades y

dichos los resultados de las pruebas de agua e inyecciones. • La evaluación estadística que consiste en:

* Los promedios de los valores Q10’ y Q10* de cada etapa, ejemplo en Anexo 8, Figura 3 * Los promedios de las cantidades inyectadas de cada etapa, ejemplo en Anexo 8, Figura 8 * La distribución de la frecuencia relativa de los valores Q10’ o de los valores Q10*, separa-

damente para cada etapa, Anexo 8, Figura 4 * La distribución de la frecuencia relativa de las cantidades inyectadas, separadamente para ca-

da etapa, Anexo 8, Figura 9 * La distribución de los valores Q10’ o de los valores Q10* a la profundidad, separadamente

para cada etapa, Anexo 8, Figura 5 * La distribución de las cantidades inyectadas a la profundidad, separadamente para cada etapa,

Anexo 8, Figura 10. El uso de una evaluación programada permite repetir tales evaluaciones gradualmente con el desarrollo de los trabajos para reconocer si existe conformidad entre los resultados y lo esperado. 10. Conclusión final Durante décadas era la costumbre instalar una pantalla de inyecciones tan pronto como las pruebas de agua lograban una absorción mayor de 1 l/min*m*10 bar. Se inyectaban las suspensiones con presiones bastante altas y en el caso que la roca absorbía mucho cemento se valoraba tal resultado como confir-mación de la necesidad y el éxito de la medida. Esta práctica esquemática resultaba en muchas medidas inútiles e inversiones antieconómicas, aunque en su mayoría quedaban desconocidas. Se hizo todo lo acostumbrado y si la presa funcionaba bien no hubo motivo para dudas, ni tampoco hubo la idea de preguntar como la se hubiese comportado cimentación sin impermeabilización. Además domina la cos-tumbre de instalar piezómetros solamente en el lado aguas abajo de la pantalla, mientras que se necesi-tan también piezómetros en el lado de aguas arriba para reconocer la reducción de la subpresión a tra-vés de la pantalla que indica y confirma su funcionamiento. Por supuesto, la exigencia de construir presas seguras frente al nivel de desarrollo bastante inicial, justi-fica todavía esta práctica y por lo tanto se desatendieron los resultados contradictorios. Pero con el tiempo los resultados inexplicables aumentaron y por fin se empezaba en analizarlos, probablemente desde 1970. En el curso de los siguientes – quizás 20 – años se reconoció:

• la ambigüedad de los resultados de las pruebas de agua, • las posibles diferencias entre la permeabilidad y la inyectabilidad,

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106

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Dam Engineering, Wilmington Business Publishing Ltd. Volume IX, Issue 2, pp. 123 - 139, figs. 1 - 4

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ManualPantalla de Inyecciones

Complejos y Criterios:Permeabilidad, Hidrogeología, Inyectabilidad, Tecnologia,

Ejecución, Registro y Evaluación

Anexo 1: Compilaciónde conceptos

Presión maxima de inyección

Relación presión - cantidades

Pantalla simple o multiple: Número de filas

Registro manual

Inyectabilidad

Suelos aluviales disminuyen subpresión ?

Piezometros

disminuyen subpresión

para un manual.

Permeabilidad de las rocas

Profundidad de la pantalla: conectada o colgante ?

valores-Q1' etc. representan permeabilidad valores-Q1' etc. exigen impermeabilización

Definición de los parametros tecnologicos

Roca isotropica - anisotropica

Piezometros Posición de la capa freática Dirección del flujo subterráneo

Pruebas de agua (PdA):

Mapeos hidrogeologicos

Zonas milonitizadas de menor permebilidad

Inclinación de la capa freática Q1' y Q10'; Q1* y Q10*Permeabilidad debajo de la cortina

Permeabilidad hacia dentro de los taludes

Granulometria, AtterbergReglas de filtro, γ, n, c, φ, kf,

Extensión lateral a dentro de los taludes

Condiciones hidrogeológicas / hidráulicas Regimen hidrogeológico

Permeabilidad de los suelos aluvialesEnsayos básicos deMecanica de suelos

Permeabilidad debajo de la terraza aluvialPermeabilidad debajo de las laderas

Inyecciones de prueba (IdP)

Conceptos Tipo de investigación / acción Factores / Parametros / Propiedades

Pruebas de agua: Examinar susceptibilidad a hidrofracturamientoClasificar Inyectabilidad por relación entre Q10' a QS

Inyectabilidad de rocas apatrentemente permeables

Mapeo, PdA, IdP Vias de agua: extensión y apertura Barrenos primarios, secundarios, terciarios Mapeo geológico Dirección e inclinación

Clasificar Diagramas P/Q y PcritRocas susceptibles: Determinar presión crítica (Pcrit)

Espacio de barrenos de las etapas sucesivas P>S>

Distancia mínima entre barrenos vecinos

Registro de datosRegistro simultaneo para optimizar la ejecución Evaluación simultánea Impermeabilización traslapada y estable

Carga hidráulica, Erosión h/l<itol Pantalla: Anchura requerida Fluidez, Fraguado, ResistenciaComposición de la lechada Viscosidad Marsh, Sedimentación

Evaluación Evaluación inmediata debe comprender: >>>

Informe detallado de absorciones

Promedios de las etapasSecciones longitudinales

Pcrit, Penetrabilidad, Extensión

Distribución frecuencia relativa

nada mientras que pocos tramos toman cantidades enormes. A veces es imposible de llenarlos por completo. Por lo tanto exige cada tipo de roca carstica requiere un tratamiento muy individual que no puede tratarse en la forma general como es apropiado

Nota especial: Inyección de caliza carstica Caliza carstica presenta una roca particular porque los vacios carsticos cubren una parte relativamente pequeña frente a la roca

Uso del Formato en Tabla 7Registro automatico Tipo depende del contratista

impermeable que domina. Hecho que resulta en un contraste: mucho más de 90% de la roca es impermeables y no absorben

Distribución a la profunidad

MAN An-1 Compilación conceptos

Manual: Pantalla de inyecciones

Complejos y Criterios:Permeabilidad, Hidrogeología, Inyectabilidad, Tecnologia,

Ejecución, Registro y Evaluación

Anexo 2: Criterios de decisión

Investigación: Permeabilidadpor medio de Pruebas de agua

< 5 LU > 5 LU

Investigación: Hidrogeología favorable desfavorable

Pruebas de agua aplicables? no si

Tratamientorequerido

Investigación: Inyectabilidad Inyecciones de prueba

no inyectable Inyectable

desatendible demasiado grande

Ensayos

Permeabilidad

Relación QW / QS

MAN An-2 Criterios decisión

Sin Tratamiento Inyeccióntratamiento alternativo requerida

Complejoseparado

Diseño

Licitación

Ejecución

Licitación: Especificaciones técnicas

Ejecución optimizada por evaluación simultánea

Extensión, Tecnologías adaptadas

MAN An-2 Criterios decisión

Manual:Pantalle de inyecciones

Complejos y Criterios:Permeabilidad, Hidrogeología, Inyectabilidad, Tecnologia,

Ejecución, Registro y Evaluación

Anexo 3: Pruebas de agua

Tipo de la investigación Investigación básica IB Investigación adicional IA Investigación simple IS

Objetivos: Permeabilidad Permeabilidad Permeabilidad natural Deformabilidad (Deformabilidad)Clasificación (Clasificación)

Escalones de presión: ascendentes y descendentes ascendentes exclusivamente un solo escalón

Curso de escalones: A-B-C-D- (-E-F-G-x )-C-B-A1) A-B-C-D(-E-F-G-x)1) A

Escalon máximo: Pmax ef >= 1,2 x (Hmax/10) Pmax ef >= 1,2 x (Hmax/10) Pmax ef >= 1 <= 3 bar

Numero escalones: N = (1,2 x [Hmax/10])/3 2) N = (1,2 x [Hmax/10])/3 2) 1

Intervalos de presión: >= 3 1) >= 3 1)

Colección de datos: Registro automatico del Pef y Q Registro automatico del Pef y Q Registro automatico del Pef y QManómetros y Registro manual del PM y Q Registro manual del PM y Q Registro manual del PM y QContador de agua

Evaluación: Pef / Q manual. según Cap.- 3.2.1 manual. según Cap.- 3.2.1 manual. según Cap.- 3.2.1Diagrama P/Q automat. según Cap. 3.2.2 automat. según Cap. 3.2.2 automat. según Cap. 3.2.2

Resultados, Clasificación 1.1 Parámetros de absorción:Diagramas P/Q Q1' y Q10' ; Q1* y Q10* Q1' y Q10' ; Q1* y Q10* Q1' y Q10'

1.2: Diagrama P/Q (Figura 13) 1.2: Diagrama P/Q (Figura 13)1.3: Clasificación (Figura 26) 1.3: ? Clasificación (Figura 26)

1) Depende de la altura de la cortina; 2) Depende del numero de los escalones y sus intervalos

MAN An-3 Pruebas de agua

ManualPantalla de inyecciones

Complejos y Criterios:Permeabilidad, Hidrogeología, Inyectabilidad, Tecnologia,

Ejecución, Registro y Evaluación

Anexo 4: Hidrogeología,Profundidad y Extensión

PantallaConceptos Detalles Criterios requerida ? subpresión pérdida de agua Comentario

Permeabilidad uniforme QPA <= 5 LU No linear (quizás alivio) no es necesaria pérdida insignificantede la roca QPA > 5 < 30 LU depende inyect. linear (quizás alivio) relativam. pequeña dep. inyectab., dimensión

QPA > 30 LU SI sobre-proporcional relativam. grande inyectab., dimensióndesigual k1 < k2 No sobre-proporcional relativam. pequeña depende de k2

QPA - sin relevanciaProfundidad connectada k1 > kS ≈ k2 Si sobre-proporcional reducción flujo profundidad dependede a pantalla depende de k2 posición capa imperm.

colgante P = 2*H+B Si sobre-proporcional reducción flujo profundidad depende100 > 30% desviación barrenos

Suelos aluviales conteniendo 1) kSuelos < kRoca Si sobre-proporcional reducción flujo profundidad dependemenos permeables suficiente 2) Ldes > 0,2 * Lttl 100 > 30% gradiente hidráulico

limo y/o 1) kSuelos < kRoca parcial sobre-proporcional reducción flujo reducir extensión arcilla 2) Ldes < 0,2 * Lttl 100 > 30% de la pantalla

Efectividad conteniendo 1) kFalla < kPantalla No sobre-proporcional reducir extensión de fallas milonita 2) kabajo > kFalla de la pantallaCapa freática Inclinación:debajo talud fuerte Nf >= NEmax pantalla corta sobre-proporcional reducción del flujo túnel de acceso

suave Nf >= NEmax pantalla larga semi-proporcional depende del de longitud llana H/Ldes = ief < itol pantalla extensa linear alargamiento del camino creciente

Reducción de la

MAN An-4 Hidrogeología

ManualPantalla de Inyecciones

Complejos y Criterios:Permeabilidad, Hidrogeología, Inyectabilidad, Tecnologia,

Ejecución, Registro y Evaluación

Anexo 5: Inyectabilidad

Conceptos Discontinuidades Vías de agua Pruebas de agua Barrenos Dir. Inyectar Lechada PresiónTipos: estratos, diaclasas diferentes investigación básica

esquistosidad formas y geom. Liga de roca: discont. Desconectadas ? vertical ? Pcrit : creciente a prof.?

discont. Connectadas ? horizontal ? Pcrit : constante a prof.?Determinar: planos con vías de agua Orientación permeabilidad recuperar núcleos ? hacia abajo A/C <= 1 (+) PGmax: f(Pcrit)

deformabilidad, Pcrit dirección, inclinaciónprofundidad

longitud de tramosPcrit para definir PGmax

primera distancia ultima distancia

Ejecución:

Barr. Primarios:Secundarios:Terciarios:Quarternarios:Eventual. primarios, secundarios etc. a lo largo de los otros lados

Número de los barrenos según necesidad para lograr traslapeen las equinas de un lado del triangulocentrado entre primarios centrados entre primarios y secundarios depende de los resultados en el centro del triangulo

Grupo A: no permeable, no inyectable; Grupo B: permeable, no inyectable; G C bl i t bl G D bl i t bl hid f t d

Inyecciónes de prueba

La relación entre QW y QS determina la inyectabilidad :

Conductividad hidráulica

QW - absorción de agua Q b ió d lid

MAN An-5 Inyectabilidad

Grupo C: permeable, e inyectable; Grupo D: no permeable, no inyectable, pero hidrofracturado QS - absorción de solidos

0

10

20

30

40

50

0 100 200 300 400 500

Wat

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kes

(LU

)

Grout takes (kg/m)

Grupo A

0

10

20

30

40

50

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Wat

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kes

(LU

)

Grout takes (kg/m)

Grupo B

0

10

20

30

40

50

0 100 200 300 400 500

Wat

er ta

kes

(LU

)

Grout takes (kg/m)

Grupo C

0

10

20

30

40

50

0 100 200 300 400 500

Wat

er ta

kes

(LU

)

Grout takes (kg/m)

Grupo D

MAN An-5 Inyectabilidad

ManualPantalla de Inyecciones

Complejos y Criterios:Permeabilidad, Hidrogeología, Inyectabilidad, Tecnologia,

Ejecución, Registro y Evaluación

Anexo 6: Tecnología y Ejecución

ConceptosExtensión de la pantalla debajo de la cortina

a dentro de los taludes

Dirección de barrenos

Galería de control/inyección

pueden tardar

Grad. hidráulico tolerable Número de filas Ejecución Condiciones particularesAnchura de la pantalla, según h/l = itol <= 100 (100/1) 1 preferible con galería Materiales erosionables no aguantan gradientesPantalla simple o multiple h/l = itol <= 50 (100/2) 1 > 2 preferible con galería fuertes: reducir altura del embalse o ampliar pantalla(Filas de barrenos) h/l = itol <= 20 (100/5) 2 > 3 preferible con galería

h/l = itol <= 10 (100/10) 4 > 5 ejecutado de la superficieh/l = itol <= 21) (100/50) 20 > 25 ejecutado de la superficie

Profundidad Dirección inyectarDirección de inyectado, según Profundidad definida hacia arriba

Profundidad variable hacia abajo Combinaciones abajo > arriba

Distancia ExplicaciónDistancia entre los barrenos Extensión y ancho corto y estrecho P:4 m > S:2 m > T:1 m P - barrenos primariosde las etapas sucesivas: mediano P:6 m > S:3 m > T:1,5 m S - berrenos secundariosPrimarios > Secundarios > etc. largo y ancho P:8 m > S:4 m > T:2 m T - barrenos terciarios

Tipo de lechadas, según >> Extensión y ancho corto y estrecho Suspensiones y pastas mediano

largo y ancho largo y muy ancho

L1) - L3) : suspensiones L4: pastas

Presión de inyección, según >> Hidrofracturamiento ? no susceptible Dilatación ? susceptible

Lechada de A/S = 0,8: γ = 1,6 Pcrit = 16 bar, PM - presión manométrica, PH - presión hidrostatica

Ejemplo: PA - contrapresión por agua subterránea PH = 1,6 x H PPF - pérdida de presión por fricción

PM = 10 bar; en prueba de agua: en inyecciones:

(PdA) para localizar la zona menos permeable> Necesidad de impermeabilizar la zona debajo de la superficie para evitar

La instalacion de una pantalle de inyecciones desde una galería tiene dos ventajas decisivas: > Se puede empezar la construcción de la cortina sin depender de la terminación de las inyecciones que a menudo

> La inyección desde la galería mejora la inyectabilidad debido al mayor contrapeso, la ejecución es más economio.

Comentarios

P+S: A/S: = 0,7; Marsh: 32s; T: A/C = 1,0

PdQ hacia abajo: localizar la zona menos permeable

Pantalla conectada o colgante depende profundidad de la zona impermeable - accessible ?Continuación hacia dentro de los taludes depende de la posicion de la napa freática

la salida de la lechada hacia los filtros> Inyectar mayoría de tramos sin PdA hacia arriba, las ultimas secciones con

Principio: rectangular a las vias de agua; en caso de vias opuestas, dirigir en cruz los barrenos de etapas siguientes

> Pantallas conectadas: investigar la permeabilidad mediante pruebas de agua

Aviso importante respecto a la presión apropiada para inyecciones de roca susceptible al hidrofracturamiento:

depende de la presión crítica: Pmax < Pcrit

A/C - agua/cemento incluso bentonita y aditivos; A/S - agua/solidos

P+S+T: A/C = 1,0; Marsh: 28 sP+S: A/C = 0,8; Marsh: 30 sec; T: A/C = 1,0

quizás alta, según geometria de las vias de agua y distancia entre barrenos

A/S - agua/solidos (cemento + agregados + bentonita + aditivos)

Recomendaciones

P: A/C = 0,4; S: A/C = 0,8 ; T: A/C = 1,0

con Pcrit = 16 bar, constatada en prueba de agua, resultaría hidrofracturamiento porque Peff > Pcrit: 18 bar > 16 bar

Profundidad del tramo H = 50 m: PA y PPF : = 0

con medición de la presión al lado del brocal el barreno la presión critica ya en tramos más altos como ejemplariza el La lechada pesa más que el agua. En comparación con la ejecución de las pruebas de agua se alcanza en inyecciones

siguiente cálculo:

H = (Peff - PM)/1,6 = (16 - 10)/1,6 = 6/1,6 = 3,75 mse alcanza Pcrit =16 bar ya a una profundidad de

Comentarios, Recomendaciones

Vías de agua Factores Agua/Cemento (Sólidos), Cohesión

Peff =PM + PH = Peff = 10 + 5 = 15 bar

Presión efectiva: Peff = PM + PH -PA - PPF

Peff =PM + PH = Peff = 10 + (5 x1,6) = 18 bar

Vías de agua

Deformabilidad

MAN An-6 Tecnología y Ejecución

ManualPantalla de inyecciones

Complejos y Criterios:Permeabilidad, Hidrogeología, Inyectabilidad, Tecnologia,

Ejecución, Registro y Evaluación

Anexo 7a: Registro manual

Formato para la ejecución de inyecciones Proyecto: con registro manual de los datos.Etapa: Diseño Formato:Barreno:

Tramo: Pago: Día 1 Día 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 8 Totaldesde: (m) 6 Fechas: 10/5 11/5 12.5. 12.5. 12.5. 12.5. Horashasta: (m) 11 17.30 8:30-17:308:30-14:308:30-14:30 8:30-14:30 8:30-14:30

Longitud: (m) 6.0 9.0 9.0 6.0 6.0 6.0 6.0 42.0

A D G Factor Agua/Solidos (A/S) 0.8Inclinación (hor.) (°) 60 (cm) 77 Contenido Agua (kg) 80Nivel freático (m) 22.14 (cm) 48 Contenido Cemento (kg) 60Altura manómetro (m) 1.5 (l/cm) 4.657 Densidad Cemento (g/cm³) 3.15

(l) 223.5 (kg) 40Volumen unitarioVolumen total Contenido Relleno

F.-K. Ewert y U. Hungsberg, Versión 3.4, 20-02.2009Inyecciones Primarias

Arcediano

Ar-100,5-P

Horas: Horas pagar:

Parametros technologicos en Bloques A, B, C, D, E, F y G:

Diámetro mezcladora

Proposito:Sección: Centro Valle

Altura Mezcladora

Pantalla

Fecha y Hora

MAN An-7 Registro Pagina 1 de 4

B E Tipo RellenoTipo de roca: (bar) 20.0 (g/cm³) 2.65

? (bar) 20.0 (g/cm³) 1.577C F (kg/l) 0.876Prueba de agua ? (seg) ? (%) ?Absorción Q10' ? Sedimentatción (%) ? (%) ?

Presíón efectiva:Leyenda:

PM γ PH PD PA PE INIC. FINAL Diff. VP VA VC CT CM(min) (min) (bar) (g/cm³ (bar) (bar) (bar) (bar) (cm) (cm) (cm) (l) (l) (l/min) (kg/T) (kg/m)5.0 5 2.0 1.610 0.00 3.57 0.00 5.57 48.2 29.3 18.9 88.0 88.0 17.6 77.1 15.4

PH: Pres.hidroestatica

Velocidad MARSH

PA: Contrapresión por agua subterránea

Densidad RellenoDensidad LechadaContenido SolidosContenido BentonitaContenido Aditivos

Presión efectiva máximaArena

PE = PM+PH+PD-PA

PM: Presión manométrica

Presión manom. máx.

PD: Pres. altura del manómetro encima brocalCT: Cantidad por tramo CM: Cantidad por tramo

TIEMPO PARCIAL TIEMPO ACUM

PRESION

Registro de datos detallados para este tramo:

VP: Volumen parcial VA: Volumen acumulado

VOLUMEN INYECTADO CANTIDAD INY.

VC: Volumen caudal

NIVELES TANQUE

5.0 5 2.0 1.610 0.00 3.57 0.00 5.57 48.2 29.3 18.9 88.0 88.0 17.6 77.1 15.45.0 10 2.0 1.610 0.00 3.57 0.00 5.57 40.2 21.5 18.6 86.7 174.7 17.3 153.0 30.65.0 15 2.0 1.610 0.00 3.57 0.00 5.57 40.6 22.1 18.5 86.3 261.0 17.3 228.6 45.75.0 20 2.0 1.610 0.00 3.57 0.00 5.57 29.3 15.0 14.3 66.5 327.4 13.3 286.9 57.45.0 25 2.0 1.610 0.00 3.57 0.00 5.57 34.1 15.7 18.5 86.0 413.4 17.2 362.2 72.45.0 30 2.0 1.610 0.00 3.57 0.00 5.57 34.1 15.7 18.4 85.8 499.1 17.2 437.3 87.55.0 35 4.0 1.610 0.00 3.57 0.00 7.57 39.0 20.6 18.4 85.5 584.6 17.1 512.2 102.45.0 40 4.0 1.610 0.00 3.57 0.00 7.57 38.5 20.2 18.4 85.5 670.1 17.1 587.0 117.45.0 45 4.0 1.610 0.00 3.57 0.00 7.57 46.0 27.5 18.5 86.2 756.2 17.2 662.5 132.55.0 50 4.0 1.577 0.00 3.49 0.00 7.49 27.5 9.0 18.5 86.1 842.4 17.2 738.0 147.65.0 55 4.0 1.577 0.00 3.49 0.00 7.49 34.3 15.7 18.5 86.2 928.5 17.2 813.5 162.75.0 60 6.0 1.577 0.00 3.49 0.00 9.49 38.0 19.5 18.5 86.2 1014.7 17.2 889.0 177.85.0 65 6.0 1.577 0.00 3.49 0.00 9.49 46.1 27.7 18.4 85.5 1100.2 17.1 963.9 192.85.0 70 6.0 1.577 0.00 3.49 0.00 9.49 43.2 24.9 18.3 85.1 1185.3 17.0 1038.5 207.75.0 75 6.0 1.577 0.00 3.49 0.00 9.49 25.5 7.2 18.3 85.3 1270.7 17.1 1113.2 222.65.0 80 6.0 1.577 0.00 3.49 0.00 9.49 33.4 15.0 18.4 85.6 1356.3 17.1 1188.3 237.75.0 85 8.0 1.577 0.00 3.49 0.00 11.49 26.3 7.8 18.5 86.1 1442.4 17.2 1263.7 252.75.0 90 8.0 1.577 0.00 3.49 0.00 11.49 22.2 6.2 15.9 74.2 1516.5 14.8 1328.6 265.75.0 95 8.0 1.577 0.00 3.49 0.00 11.49 35.3 16.9 18.4 85.6 1602.1 17.1 1403.6 280.75 0 100 8 0 1 577 0 00 3 49 0 00 11 49 21 3 2 8 18 4 85 9 1688 0 17 2 1478 9 295 85.0 100 8.0 1.577 0.00 3.49 0.00 11.49 21.3 2.8 18.4 85.9 1688.0 17.2 1478.9 295.85.0 105 8.0 1.577 0.00 3.49 0.00 11.49 24.5 6.0 18.5 86.1 1774.1 17.2 1554.3 310.95.0 110 8.0 1.577 0.00 3.49 0.00 11.49 22.7 4.3 18.5 86.0 1860.1 17.2 1629.6 325.95.0 115 10.0 1.577 0.00 3.49 0.00 13.49 28.5 9.9 18.6 86.4 1946.5 17.3 1705.4 341.15.0 120 10.0 1.577 0.00 3.49 0.00 13.49 32.7 14.2 18.4 85.8 2032.3 17.2 1780.5 356.15.0 125 10.0 1.577 0.00 3.49 0.00 13.49 38.9 21.2 17.7 82.3 2114.6 16.5 1852.6 370.55.0 130 10.0 1.577 0.00 3.49 0.00 13.49 28.0 9.7 18.3 85.3 2199.8 17.1 1927.3 385.55.0 135 10.0 1.577 0.00 3.49 0.00 13.49 37.4 20.1 17.3 80.4 2280.2 16.1 1997.7 399.55.0 140 10.0 1.577 0.00 3.49 0.00 13.49 24.5 6.3 18.2 84.7 2364.8 16.9 2071.8 414.45.0 145 12.0 1.577 0.00 3.49 0.00 15.49 27.6 9.4 18.2 84.7 2449.5 16.9 2146.0 429.25.0 150 12.0 1.577 0.00 3.49 0.00 15.49 32.2 16.2 16.0 74.6 2524.1 14.9 2211.4 442.35.0 155 12.0 1.577 0.00 3.49 0.00 15.49 39.4 21.6 17.8 82.7 2606.8 16.5 2283.8 456.83.0 158 15.0 1.577 0.00 3.49 0.00 18.49 42.9 24.6 18.2 84.9 2691.6 28.3 2358.2 471.63.0 161 15.0 1.577 0.00 3.49 0.00 18.49 21.0 2.6 18.4 85.7 2777.3 28.6 2433.2 486.63.0 164 15.0 1.577 0.00 3.49 0.00 18.49 23.6 5.3 18.3 85.4 2862.7 28.5 2508.0 501.63.0 167 17.0 1.577 0.00 3.49 0.00 20.49 26.3 8.0 18.3 85.4 2948.0 28.5 2582.8 516.63.0 170 17.0 1.577 0.00 3.49 0.00 20.49 26.6 6.6 20.0 93.3 3041.3 31.1 2664.5 532.94.0 174 17.0 1.577 0.00 3.49 0.00 20.49 35.1 10.9 24.2 112.6 3153.9 28.1 2763.1 552.64.0 178 19.0 1.577 0.00 3.49 0.00 22.49 33.9 10.6 23.3 108.6 3262.5 27.2 2858.2 571.62.0 180 19.0 1.577 0.00 3.49 0.00 22.49 21.1 9.8 11.3 52.6 3315.1 26.3 2904.3 580.9

580.9Absorción final

Barreno Inclinacion Nivel PE A/Sfreatico de a kg/tramo kg/m

Ar-100,5-P 60 22.14 6 11 2904.3 0.8 2904.3 580.9

Profundidad Cantidad sólidosResultado final del tramo

15

20

25

30

35

15

20

25

30

35

rció

n (l/

min

)

efec

tiva

(bar

)

Curso de Inyectado: Relación Presión/Gasto

0

5

10

15

20

25

30

35

0

5

10

15

20

25

30

35

5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 155 161 167 174 180

Abso

rció

n (l/

min

)

Pres

ión

efec

tiva

(bar

)

Tiempo acumulado (min)

Curso de Inyectado: Relación Presión/Gasto

Presión efectiva Absorción

MAN An-7 Registro Pagina 1 de 4

ManualPantalla de Inyecciones

Complejos y Criterios:Permeabilidad, Hidrogeología, Inyectabilidad, Tecnología,

Ejecución, Registro y Evaluación

Anexo 8: Evaluación

1 2Hole No.:Coordinates (x, y, z): 118.05Type of drilling:Inclination: 60°Diameter of hole:Internal diameter of pipe:Rock:Roughness pipe: 0.01 mmDistance Hole-Manomete

Q Q Q *

BASALTO

2 m

123456789 123456789BYMI-IIA

with core-recovery

75.6 mm25.4 mm

MAN An-8 Evaluación Pagina 1

W.L. Depth PM PT Q Q1/10 bar' Q1/10 bar*in m in m in bar in bar in l/min in l/(min*m) in l/(min*m)

0.00 10 to 15 1.00 0.90 41.80 9.312.00 1.83 55.003.00 2.66 82.204.00 3.44 108.80 6.33

9.31 6.3393.13 63.27Type: 4

3 4 5

020406080

100120

0 2 4

Q (i

n l/m

in)

P (in bar)

3 4 5

020406080

100120

0 2 4

Q (i

n l/m

in)

P (in bar)

6 7A 7BWork: GroutingSeries: Sitio-III-V.INJH l N Siti III

020406080

100120

0 2 4

Q (i

n l/m

in)

P (in bar)

Hole No.: Sitio-III-Ppermissible: 30.0 barInclination: 90.0 °

Hole G.W.L. Depth Pmax W/C Cement Cementin m in m in bar min in kg/Stage in kg/m

Sitio-III- 5 to 10 0.23 1.00 12.00 2.4010 to 15 0.39 1.00 19.50 3.9015 to 20 0.54 1.00 96.00 19.2020 to 25 0.70 1.00 20.00 4.0025 to 30 0.85 1.00 53.00 10.6030 to 35 1 01 1 00 99 50 19 90

020406080

100120

0 2 4

Q (i

n l/m

in)

P (in bar)

30 to 35 1.01 1.00 99.50 19.9035 to 40 1.16 1.00 49.50 9.90

Σ = 35.0 Σ = 349.5Mean = 49.9 10.0

8 9 10

020406080

100120

0 2 4

Q (i

n l/m

in)

P (in bar)

020406080

100120

0 2 4

Q (i

n l/m

in)

P (in bar)

MAN An-8 Evaluación Pagina 1

020406080

100120

0 2 4

Q (i

n l/m

in)

P (in bar)

MAN An-8 Evaluación Pagina 1