cap. 6 inyecciones de suelos y rocas

Curso: GEOLOGÍA APLICADA

CAPITULO VI: INYECCIONES DE SUELOS Y ROCASDocente: Ing. Hernan Fernandez

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFacultad de INGENIERÍA

Escuela Académico Profesional de INGENIERÍA HIDRÁULICA

Capítulo VI: INYECCIONES DE SUELOS Y ROCAS.– Generalidades. Medios inyectables. Rocas fisuradas. Rocas

kársticas e incoherentes.– Clases de materiales inyectables. Morteros líquidos, inestables y

estables.– Teorías y principios de la inyección de suelos. Técnicas de la

inyección. – Inyección en rocas fisuradas, inyección de arenas y gravas.– Aplicación: a) impermeabilización de rocas fisuradas y cársticas.

Pozos, galerías y presas. b) consolidación de aluviones. c) regeneración de obras de fábrica

– Obturación de fisuras, morteros y supresión de manchas de humedad.



HISTORIA CONTEMPORÁNEA

1982 Ibáñez y Echeverría Fórmula “Presión-Caudal”

1984 Gandais et Delmàs Coulis a Haute Penetrabilité

1985 Echeverría y Al. Lechadas con aditivos fluidificantes

1993 Lombardi & Deere El método GIN



Generalidades

El objetivo es modificar suelos y rocas para:

Aumentar la resistencia a la compresión y corte

Impermeabilizar

Rellenar

Compactar

Es una operación ciega, lo único que se sabe es la

presión y el caudal de inyección.



INYECCIONES

Las inyecciones de cemento es

una de las más novedosas

técnicas empleadas para el

mejoramiento e

impermeabilización de suelos,

macizos rocosos y es definido

como la técnica que utiliza la

perforación de taladros

verticales o inclinados con la

finalidad de conformar columnas

rígidas impermeables a través

del bombeo de mezclas de

cemento, e inyectándolas en los

taladros perforados a presiones

determinadas según las

condiciones geológicas en el

medio a ser tratado.



INYECCIONES

PROPIEDADES DE LAS LECHADAS DE CEMENTO

• PROPIEDADES REOLOGICAS

• - Viscosidad

• - Cohesión

• PROPIEDADES FISICAS

• - Decantación

• - Finura: superficie específica Blaine

• - Resistencia



REQUISITOS CLAVES PARA UNA BUENA INYECCION

• Lechada estable: decantación < 5%

• Viscosidad baja: tiempo cono < 32 seg.

• Cohesión relativa: < 0.2 mm

• finura cemento: > 4.000 cm2/gr



TIPOS DE INYECCIÓN

IMPERMEABILIZACIÓN

sellar

impedir paso del agua

cortina impermeable

RELLENO

llenar huecos

servir de apoyo

traspaso de cargas

CONSOLIDACIÓN

mejorar resistencia

unir roca fisurada

sostener anclajes

INYECCIONES

lechadas

geles

morteros



CORTINA DE INYECCIÓN CLÁSICA EN PRESAS



• Inyecciones

• Generalidades



• Inyecciones



• Inyecciones• Inyecciones – Inyección ascendente• Se pone la cañería• Se infla el packer (con prs.)• Se inyecta la lechada a• presión• Se espera el inicio del• fraguado• Se desinfla el packer• Se retira un trozo de cañería• para inyectar otro tramo



• Inyecciones• Inyecciones – Inyección descendente• Se hace un tramo de perforación• Se inyecta• Se vuelve a perforar y se inyecta• Es bastante más caro y lento• porque obliga a retirar equipo de• perforación, instalar equipo de• inyección y volver a cambiar.• Es más seguro y controlable



• Inyecciones• Esto es lo que se busca



Inyecciones



• InyeccionesPara solucionar esto, tradicionalmente se realiza lo siguiente:

-Se determina la cantidad de lechada estimando lo que se necesita para inyectar el radio deseado.

Se inyecta dejando las grietas menores sin rellenar.

Se hace una nueva perforación y se repite. Las grietas grandes ya estarán impermeabilizadas y se inyecta con mayor presión por lo que la lechada se irá por las grietas menores.

Se van llenando las grietas de mayor a menor



• Inyecciones• Dependiendo de la relación de costo entre perforación y

lechada puede modificarse la metodología.• Si el costo de la perforación es muy superior al de la

lechada (perforaciones profundas), se inyecta mayor volumen en las grietas grandes. A medida que la lechada avanza por las grietas, aumenta el roce por lo que se requiere mayor presión por lo que la lechada también entrará a las grietas chicas. Se prefiere perder lechada que hacer otra perforación.

• Si la perforación es poco profunda, se inyecta poco volumen y se realiza otra perforación.



Cortina ImpermeableMétodo Tradicional

-lechadas estables

-cemento - bentonita

-3 o 4 dosificaciones

-viscosidad creciente

-fin: rechazo-volumen

-uso todo tipo de roca

-control computacional

• Método GIN

• lechada estable

• solo cemento

• 1 dosificación

• viscosidad baja

• fin por curva GIN

• uso roca homogénea

• control computacional



INYECCIONES DE COMPACTACIÓN

• Este método se utiliza para incrementar la capacidad de carga y reducir asentamientos en materiales granulares y suelos limo-arenosos de baja compacidad.También se utiliza para mitigar el potencial de licuación de arenas ante eventos sísmicos.

• Esta técnica además es ideal para corregir y detener asentamientos de estructuras existentes causados por suelos o rellenos granulares mal compactados.En las inyecciones de compactación se utiliza un mortero de bajo revenimiento formado por cemento y arena. La introducción de mortero forma bulbos que desplazan y densifican el suelo.



INYECCIONES EN SUELOS Y ROCAS

• Las inyecciones en suelos arcillosos es un método para reducir las deformaciones de la masa del suelo ante las cargas impuestas. El proceso se logra mediante el fracturamientohidráulico generado por la inyección a presión de fluidos o lechadas.Se deben realizar inyecciones múltiples y a diferentes niveles para crear un suelo reforzado.

• Las inyecciones en roca sirven para rellenar fracturas y oquedades dentro de la masa rocosa para obtener baja permeabilidad e incrementar su resistencia.



SISTEMAS DE ANCLAJE

• Entre los usos más comunes de los sistemas de anclaje se encuentra la estabilización de taludes y excavaciones, muros de retención, túneles y presas.

• Los sistemas de anclaje se pueden utilizar en una gran variedad de materiales, desde macizos rocosos hasta suelos cohesivos, según su vida útil, pueden ser permanentes o temporales.



MICROPILOTES

• Los micropilotes son elementos para recimentar

estructuras y detener asentamientos producidos por

incremento de carga o baja capacidad de soporte del

terreno.

También se pueden usar para hacer una cimentación

nueva cuando se tiene restricción de ruido, vibración

o espacios limitados para la entrada de grandes

equipos.

• Los micropilotes tienen diámetros pequeños de 10

a 25 cm y pueden instalarse en lugares con acceso

restringido y en el interior de estructuras. Estos

elementos trabajan por fricción y por punta y pueden

diseñarse para grandes capacidades de carga.



COMPACTACIÓN DINÁMICA• La compactación dinámica es una

técnica de mejoramiento masivo de suelos que se utiliza para densificar suelos granulares y limo-arenosos, así como rellenos mal controlados de arenas, gravas, rocas, basura y escombros.

• El mejoramiento de suelos se logra dejando caer masas de 10 a 30 toneladas desde alturas que varían de 15 a 25 m. Estos pesos se dejan caer repetidamente sobre un mismo punto de una cuadricula determinada.



Características del Proyecto Pillones

Capacidad Máxima 140 MMC.

Capacidad Mínima 80 MMC.

Tipo de Presa Tierra Homogénea.

Altura de Coronación 37 m.

Longitud de Coronación 769 m.

Profundidad de Inyección 15 m.

Finalidad Hidroenergético,

agroindustrial y minero.

Estado actual En Operación.



DERIVACION

SUMBAY - PILLONES

001 201 401 601 801 002 202 402 602 802 003 203

3083

1083

7082

9082

5082

3082

1082

9081

7081

5081

3081

1081

9080

001 201 401 601 801 002 202 402 602 802 003 203

3083

83

7082

9082

5082

3082

82

9081

7081

5081

3081

81

9080

10

10

10

PILLONESEMBALSE



Mapa Geológico Local



Perfíl Longitudinal Presa Pillones



El realizar investigaciones del subsuelo, es una condición muy

importante para el diseño y control en la construcción de una presa, para

este fin se cuenta con herramientas Geotécnicas tales como las

perforaciones, calicatas y testigos de las perforaciones diamantinas.

Investigaciones Geotécnicas



Criterios para la clasificación Geomecánica de suelos y rocas

Litología – Descripción del suelo y roca.

Porcentaje de recuperación.

Designacion de la calidad de la roca RQD

(Rock Quality Designation).

Grado de alteración.

Grado de fracturamiento.

Rugosidad.

Discontinuidades.

Resistencia mecánica de la roca o dureza de la roca. |



Ensayos HidrogeotécnicosUna de las características de mayor importancia en la

construcción de presas es conocer el comportamiento de

la permeabilidad de la cimentación de la obra.

En los macizos rocosos, la permeabilidad es secundaria

y está determinada por la fisuración y facturación del

mismo, consecuentemente es necesario determinar el

comportamiento del agua, dentro de la perforación

mediante ensayos de permeabilidad como el denominado

Ensayo Lugeon.



Ensayo Lugeon

La prueba consiste en la inyección de agua a presión, en tramos aislados a diferentes profundidades de perforación. Estos ensayos se realizan con obturadores hidráulicos en tramos de 5 m.

El caudal se mide durante 10 minutos de ensayo para diferentes presiones (Kg/cm2), una Unidad Lugeoncorresponde al caudal de 1 L/min por metro de longitud de sondeo en la presión de

10 kg/cm2.



Pruebas hidráulicas de Permeabilidad



PATRONES TIPOS DE RESULTADOS DE PRUEBAS LUGEON

PATRONES INTERPRETACION VALOR A USAR CURVA DE

TIPO DE FLUJO ETAPAS LUGEON DE LOS PATRONES COMO UNIDAD INTERPRETACION

LUGEON

1º

2º Los 5 valores Lu - Se usa el promédio

Flujo Laminar 3º geon son aproxima- de los 5 valores

4º damente iguales

5º

1º

2º El valor Lugeon mas Se usa el valor

Flujo turbulento 3º bajo ocurre en la Lugeon para la

4º presión máxima presión máxima

5º

1º

2º El valor Lugeon más Se usan los valores

3º alto ocurre en la Lugeon para las

Flujo dilatación 4º presión máxima presiones mínimas

5º y/o medias

1º Los valores Lugeon

2º aumentan en el Se usa el valor

Flujo erosión 3º proceso de la pruebaLugeon más alto

4º (por cambios en el

5º medio rocoso)

1º Los Lugeones decre-

Flujo relleno 2º cen en el proceso Se usa el valor Lugeon

3º de la prueba (los más bajo

4º vacíos son gradual-

5º mente rellenados)

CLASIFICACION DEL VALOR LUGEON REPRESENTATIVO

0 - 1 U.L. - MUY FAVORABLE

1 - 3 U.L. - FAVORABLE

3 -10 U.L. - DESFAVORABLE

> 10 U.L. - MUY DESFAVORABLE

AUTOR : HOULSBY 1976

Gráfica de Resultados



Las principales características del método GIN son:

1. Una única y estable mezcla de lechada para todo

el proceso de inyección (Agua/Cemento, 0.7/ 1)

con superplastificánte que incrementa la

penetrabilidad.

2. Un régimen continuo de bombeo de lechada, bajo

a medio; el cual produce un incremento gradual

de presión, según como la lechada penetre dentro

de las fracturas de la roca.

Características del método GIN



3. El monitoreo de la presión, régimen de flujo, volumen inyectado y penetrabilidad contra el tiempo.

4. La inyección finaliza cuando el camino de inyección de la gráfica presión contra volumen total (por metro del intervalo de inyección), intercepta una de las curvas del volumen límite, presión límite, o intensidad de inyección límite, como es dada mediante una seleccionada curva hiperbólica GIN.

* La experiencia en los principales proyectos de hidráulica de varios países indican que el método es económico y técnicamente efectivo.



Características del método GIN

Diseño de la Cortina de Inyección

El diseño de la cortina de inyección incluye la selección de los siguientes puntos:

La mezcla de lechada.

El espaciamiento de agujeros de inyección y su profundidad.

La secuencia de inyección.

El procedimiento de inyección (incluyendo el volumen y la presión limitante).

El control en campo.

El análisis de los resultados.



CURVA GINLombardi & Deere 1993

Energía Específica

agua/cemento = 0,7 a 0,8

P V = C

P = presión en bar

V = vol. Inyección (lts/m)

C = Constante (bar*lt/m)

En la figura C = 1500

0

10

20

30

40

0 100 200 300 400

volumen de lechada inyectada V (l/m)p

re

sió

n d

e in

ye

cció

n

p (b

ar)



Método GIN

Ejemplo

de curvas y sus

trayectorias de

inyectado.

100 150 200 250 300

3

1

2

4

Camino de inyección

4

p-V Fracturas abiertas

p-V Fracturas poco abiertas

p-V Fracturas finas

p-V Fracturas muy finas

1

2

3

0

10

20

30

40

50

70

50

ab

cd

d'

c'

b'

a'

a''

b''

c''

d''

d'''

yx



Envolventes limitantes propuestas para inyecciones. (Deere

y Lombardi) diseñadas para la ejecución de la cortina de

impermeabilización del proyecto Presa Pillones

Envolventes Limitantes



Curvas GIN

Curva

GIN y camino

de inyección

(a) Curva GIN y camino de inyección

P

V

P max

F

1

P f

0V f

GIN

V max

2

A

B



Curva GIN

de penetrabilidad

q/p

0

3

VV f

(b) Curva de penetrabilidad

Curva de Penetrabilidad



Reglas para una Cortina de Inyección

Las siguientes especificaciones sirven como reglas

para cortinas de inyección:

Etapas de 5 m. desde el fondo hacia arriba.

Método de split spacing, comenzando con

agujeros primarios a 24 m. de distancia para

taladros exploratorios.

Agujeros adicionales son perforados tanto como

la toma sea mayor de 25 l/m.



Saturación del macizo rocoso (arriba del nivel de agua) durante 1 hora a una presión de 2 bar, inmediatamente antes la inyección por etapas de 5m.

Intensidad de inyección es de 2500 bar. l/m. (reducido a 1500 debajo del plinto).

Presión límite máximo 40 bar (reducida a 20 bar cerca de la superficie e incrementando a 40 bar a 20 m. de profundidad, También adecuadamente reducida en puntos geológicamente delicados).

Toma límite máximo 400 l/m, de hecho 2000 l/m. por etapa de 5m. (localmente reducido a 800 l/m).

Criterio de finalización con un caudal de flujo menor que 3 l/m. (min. por etapa de 5m.), a la presión final de inyección.



Metodología y Diseño de Inyección

En la Presa Pillones las inyecciones de impermeabilización y consolidación se realizaron empleando el método GIN.

Para el diseño de la cortina de inyección se siguieron los siguientes tópicos:

•La mezcla del lechada.

•Espaciamiento de los agujeros de inyección y su profundidad.

•Secuencia de inyección. Este procedimiento incluye el volumen y la presión límite). En control en campo.

•Control en campo.



Pantalla de Inyecciones y Tipos de Taladros de Inyección



Procedimiento de Inyección El proceso de inyección con lleva un minucioso control sobre las

presiones de inyección y caudal de lechadas. La curva GIN

adoptada para las inyecciones fueron 2 curvas, la de 700 para

taladros primarios y la de 500 para los taladros secundarios y

terciarios.

7.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

0.00 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00 180.00 210.00 240.00 270.00 300.00 330.00 360.00

Volumen (l/m)

Presión (ba

r) Curva GIN 500 TALADROS SECUNDARIOS Y TERCIARIOS

Curva GIN 700 TALADROS PRIMARIOS

2.92

2.08

Curva GIN 700 presión 7 bar y límite volumen 240 l/m.

Curva GIN 500 presión 7 bar y límite volumen 240 l/m.



Diferencias Entre Caminos de Inyección

CAMINO DE INYECCION (Limite de Volumen)

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Volumen (l/m)

Pre

sió

n (

bar)

CAMINO DE INYECCION (PRESIÓN DE RECHAZO)

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440

Volumen (l/m)

Pre

sió

n (

bar)

Diferencia entre la curva por presión de rechazo y límite de volumen.



Control de Inyección

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Volumen (l/m)

Pre

sió

n (

bar)

CURVA DE PENETRABILIDAD

0.00

3.00

6.00

9.00

12.00

0 30 60 90 120 150 180

Volumen (l/m)q

/p (

l.c

m2/K

g.m

in)

a) Intensidad de inyección hasta

alcanzar la curva GIN.

b) Curva de penetrabilidad

hasta aproximarse a cero,

indicando fisuras rellenas.



Volumen Absorbido en InyeccionesCuadro para determinar las absorciones de lechada de cemento.

TERMINOLOGIA DESCRIPTIVA

DE ABSORCION DE CEMENTO

COLOR

0.00 – 12.50 MUY BAJA AMARILLO

12.5 – 25.00 BAJA

25.00 – 50.00 MEDIANAMENTE BAJA VERDE

50.00 – 100.00 MODERADA CELESTE

100.00 – 200.00 MODERADAMENTE ALTA AZUL

200.00 – 400.00 ALTA ROJO

> 400.00 MUY ALTA MAGENTA

ANARANJADO



Tratamiento de DatosUna vez obtenido las absorciones de todos los tramos en campo,

estos se plotean en un perfil de absorciones, anotando el valor y pintando cada tramo con un determinado color para cada rango de absorción.



Evaluación de los Resultados

Evaluación simultanea de las inyecciones.

Modernamente los controles de las inyecciones se hacen durante la ejecución de las mismas y no solamente a posteriori.

Esta evaluación se hace continuamente.



Control de las Inyecciones en Campo

Para un buen control en campo de las características de la mezcla empleada en la inyección, se hace necesario instalar un laboratorio de campo, el cual deberá estar equipado para los siguientes análisis:

•Fluidez

•Factor de sedimentación

•Densidad de las mezclas.

•Ensayos de resistencia a la

compresión.



Ensayos de PermeabilidadLos ensayos de permeabilidad serán ejecutados en los sondeos de comprobación y sus resultados comparados con los valores de permeabilidad de los sondeos exploratorios.

REDUCCION DE LA PERMEABILIDAD

87.52

33.03

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

T. COMPROBACION

TIPOS DE TALADROS

AB

SO

RC

ION

DE C

EM

EN

TO

Kg

/m

TALADROS EXPLORATORIOS TALADROS DE COMPROBACION



cap. 6 inyecciones de suelos y rocas

Education