Cap. 6 inyecciones de suelos y rocas

Curso: GEOLOGÍA APLICADA
CAPITULO VI: INYECCIONES DE SUELOS Y ROCAS
Docente: Ing. Hernan Fernandez
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad 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

• Inyecciones
Para 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 Impermeable
Método 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 fracturamiento
hidráulico 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
PILLONES
EMBALSE

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 Hidrogeotécnicos
Una 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 Lugeon
corresponde 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 GIN
Lombardi & 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)
presióndeinyección
p(bar)

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
a b
c
d
d'
c'
b'
a'
a''
b''
c''
d''
d'''
y
x

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
0
V f
GIN
V max
2
A
B

Curva GIN
de penetrabilidad
q/p
0
3
V
V 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)
Pre
sió
n
(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)
Presión(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)
Presión(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)
Presión(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.cm2/Kg.min)
a) Intensidad de inyección hasta
alcanzar la curva GIN.
b) Curva de penetrabilidad
hasta aproximarse a cero,
indicando fisuras rellenas.

Volumen Absorbido en Inyecciones
Cuadro 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 Datos
Una 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 Permeabilidad
Los 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 DETALADROS
ABSORCIONDECEMENTOKg/m
TALADROS EXPLORATORIOS TALADROS DE COMPROBACION

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