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PRODUCTOS SELLANTES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS IMPERMEABILIZACIÓN DEL ESPACIO ANULAR EN SONDEOS Y PIEZÓMETROS

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PRODUCTOS SELLANTESPARA LA CONSTRUCCIÓN DE SONDEOS

IMPERMEABILIZACIÓN DEL ESPACIO ANULAR ENSONDEOS Y PIEZÓMETROS

Pesa Engineering, S.A.C/ Torrox, 28 - 30 B28041 Madrid · EspañaTel.: +34(0)917920330Fax: +34(0)914759600e-mail: [email protected]: www.pesa-gwe.es

PELLETS DE BENTONITA MASILLA SELLANTE

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Productos sellantes usados en laconstrucción de sondeos

Información general

En la realización de sondeos para la obtención, observacióny exploración de yacimientos de aguas subterráneas se per-foran también, por regla general, capas arcillosas impermeablesque actúan como barreras hidráulicas entre diferentes estra-tos. Estas capas separan acuíferos de diferente calidad y mi-neralización e impiden la penetración de aguas superficialescontaminadas o de diferente mineralización en acuíferos másprofundos. Por este motivo es necesario reconstruir de formaefectiva las capas arcillosas previamente perforadas, utili-zando para ello impermeabilizantes adecuados.

Como fabricante y proveedor líder de materiales para laconstrucción de sondeos, el grupo GWE dispone de una am-plia gama de impermeabilizantes muy eficaces, compuestosde arcillas expansivas y masillas plásticas aptas para bombasde inyección.

Los pellets de arcilla se diferencian por su forma, expan-sividad, estabilidad estructural, densidad y detectabilidadgeofísica. Su introducción en el sondeo se realiza normal-mente por vertido en el lodo de perforación o en el agua delespacio anular. Mediante mediciones de control se com-prueba la correcta colocación del impermeabilizante. Su lí-mite de utilización viene determinado por la profundidad dela perforación y la geometría del espacio anular entre el re-vestimiento y el pozo.

Asimismo se utilizan masillas sellantes a base de arcilla-cemento. Mezclándolas con agua se preparan suspensionesestables que mediante inyección con varillaje permiten su co-locación de forma segura a gran profundidad.

Requisitos

Los requisitos principales de los productos sellantes en laconstrucción de sondeos son:

• Sellado eficaz una vez aplicado –Impermeabilidad del sistema

• Inocuo para su uso con agua potable• Aplicación segura y precisa• Detectable mediante prospección geofísica

Pellets de arcilla

Los pellets de arcilla de alta expansividad han demostradosu excelente utilidad como impermeabilizantes en laconstrucción de sondeos y piezómetros. Su base principal sonarcillas bentoníticas.

Su gran ventaja frente a los materiales de poca expansividad(arcillas caoliníticas/ilíticas) consiste en su capacidad paraaumentar de volumen, creando una presión en el espacioanular existente entre el tubo y la pared de la perforación, im-pidiendo infiltraciones laterales y logrando una excelente im-permeabilidad del sistema.

Zona de aplicación: Espacio anular delsondeo

Las cargas verticales debidas al peso propio del material derelleno (grava o arena) son transmitidas por rozamiento a lasparedes del espacio anular (superficie de los tubos rígidosroscados/pared de la perforación).

Ya a pocos metros por debajo de la superficie del terrenoactúa, sobre todo en perforaciones de menor diámetro, unacarga vertical constante relativamente baja, de tal forma quelos pellets de arcilla previamente vertidos no sufren práctica-mente ninguna compactación.

Diagrama 1: Distribución de la carga en el espacio anular del sondeo relleno de gravaØ perforación 150 mm / Ø tubo rígido roscado NORIP DN 65

Este efecto debe tenerse en cuenta en la determinación de losparámetros de ensayo para la comprobación de la eficaciade los pellets de arcilla en la impermeabilización de sondeos.Con el fin de obtener valores de ensayo próximos a la reali-dad, se debe aplicar sobre las probetas una carga verticalmáxima de 1 N/cm² (diagrama 1).

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Distribución de la presión en un espacio anular de ø 150/75 mm

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Características de los materiales

Teniendo en cuenta las condiciones particulares de instalaciónen cada caso, existen dos métodos de ensayo que han dadobuenos resultados en la obtención de las propiedades de lasarcillas sellantes:

1. Ensayo con volumen constante

El cuerpo de la probeta se rellena con agua y pellets, no per-mitiéndose su expansión. Una vez que se haya producido elhinchamiento de la arcilla y se hayan cerrado los poros delos pellets, se mide la tensión expansiva � y el coefi-ciente de permeabilidad kf según Darcy.

2. Ensayo con una presiónbaja y constante

En caso de que existan cavidades no rellenas por razonesgeométricas, como puede ser en el caso de sondeos demayor diámetro, una carga vertical baja (1 N/cm²) permi-te, según la capacidad expansiva, un aumento de volu-men V en las cavidades. En paralelo se determina el coe-ficiente de permeabilidad kf.(Véase el siguiente gráfico)

Valores típicos para pellets de arcilla de alta expansividad:

Tensión expansiva �Ensayo 1: hasta10,0 N/cm2

Expansión volumétrica Ensayo 2: 20 - 40 %Coeficiente de permeabilidad kfEnsayo 1 + 2: < 10-10 m/s

Eficacia en agua salada

La capacidad expansiva de los pellets de arcilla bentoníticase reduce en aguas mineralizadas. Varios estudios con aguasricas en cloruro sódico y SBF Quellon WP en el Instituto deCimentaciones y Mecánica del Suelo de la Universidad Téc-nica de Braunschweig mostraron el siguiente comportamien-to:

Serie de ensayos 1

• Activación con agua del grifo• Inundación con agua salada

Si la activación de los pellets de arcilla de alta expansividadse realiza primero en agua dulce, se puede demostrar la efi-cacia del sellado en aguas de cloruro sódico con una con-centración de 30 g/l.Valor límite 30 g NaCl/l

Serie de ensayos 2

• Activación e inundación con agua salada

Con una aplicación directa de Quellon WP en agua salada,las características del sellado se mantienen estables hastauna concentración de 5 g NaCl/l. Con 10 g/l, el coeficien-te de permeabilidad se multiplica por 10. Una mayor salini-dad provoca un descenso masivo de la expansividad y ungran aumento del coeficiente de permeabilidad.Valor límite 10 g NaCl/l

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Quellon HD seco, en agua desmineralizada, en agua potable, enagua salada (10 g NaCl/l)

Los pellets de bentonita que sumergidos en agua no aumen-ten su volumen en más de un 30% pueden dejar espacioslibre entre ellos, por lo que deberían utilizarse de formarestringida en la impermeabilización de sondeos. No sepueden excluir en este caso poros continuos residuales en elrelleno del espacio anular, sobre todo en las superficies decontacto (pared de la perforación/superficie del tubo), quetraen como resultado una permeabilidad elevada. El impor-tante gradiente hidráulico que se produce en este caso pro-voca la erosión y el colapso total de la barrera impermeable.

Sólo es posible conseguir un sellado de suficiente calidadcon arcillas de baja expansividad en diámetros superiores a400 mm, debido a las grandes cargas verticales del materi-al de relleno. Para perforaciones inferiores a 400 mm reco-mendamos, por las razones mencionadas, solamente la uti-lización de impermeabilizantes que contienen bentonita.

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Comprobación del relleno anular mediante prospección geofísica

Fuente: Bohrlochmessung-Storkow GmbH

Expansividad en agua dulce y salada

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Otras características de calidad de los pellets de arcilla son:

• Capacidad de sedimentación / Instalación segura• Conformación• Estabilidad estructural• Detección mediante prospección geofísica

En cuanto a la seguridad en la aplicación y estabilidadestructural, los pellets de arcilla prensados al vacío handado mejores resultados frente a los productos granulados.Sus superficies lisas y compactas hacen que se retrase el hin-chamiento durante su descenso en el sondeo, reduciéndoseasí el riesgo de formación de puentes o conglomerados.

Mediante la adición de agregados minerales especiales sepueden suministrar productos con características particula-res, como una mayor densidad/velocidad de sedimentacióncon propiedades magnéticas y una radiación elevada, parauna detección segura durante las mediciones de control enlos sondeos. (Véase el gráfico de Bohrlochmessung – Stor-kow GmbH)

Con mucho gusto nuestro departamento técnico le asesora-rá en la elección del producto adecuado.

Masillas sellantes

Aparte de los productos de arcilla para el sellado de sonde-os y piezómetros, las mezclas preparadas para la elabora-ción de suspensiones impermeabilizantes bombeables enforma de lechada han probado su eficacia en la práctica.Dichas mezclas se componen principalmente de:

• Conglomerante hidráulico• Arcilla de poca expansividad (caolinita)• Arcilla de alta expansividad (bentonita)• Aditivos minerales especiales para aplicaciones adicionales

En principio, las suspensiones de arcilla-cemento pueden uti-lizarse para todo tipo de impermeabilización en la construcciónde sondeos, tanto para reconstrucciones sencillas de sondeoscomo para el sellado de espacios anulares en piezómetros.Gracias al empleo de técnicas de aplicación comprobadas,se pueden conseguir sellados a mucha profundidad deforma segura.

Igual que en los productos de arcilla, para estos impermea-bilizantes bombeables existen mezclas minerales especialesque poseen una mayor actividad gamma natural, por lo que

se consigue una mejor detección en las prospecciones geo-físicas. En particular, en la compactación posterior de losespacios anulares, las mediciones geofísicas significativasson una base importante para la valoración cualitativa delsellado realizado. Para tales trabajos le ofrecemos nuestroproducto “SBF-Troptogel C“.

Las masillas sellantes bombeables muestran sus ventajastambién en la entubación de perforaciones para la obtenciónde energía geotérmica. Su consistencia fluida permite uncompleto recubrimiento de los tubos sonda, codos y centra-dores, reconstruyendo simultáneamente las barreras hidráu-licas perforadas. Según los casos, se emplean suspensionesimpermeabilizantes sencillas o masillas de relleno conmayor conductividad térmica.

Requisitos

Las masillas sellantes bombeables para la impermeabilizaciónprofesional en sondeos y piezómetros deben ofrecer lassiguientes características:

• Absoluta estabilidad de volumen• Valores kf < 10-10 m/s• Alta impermeabilidad del sistema• Ningún aumento de temperatura durante el fraguado• Estable a la sedimentación• Alta resistencia frente a aguas agresivas al hormigón• Mantener su capacidad filtrante en las superficies

de contacto con la grava• Localizable mediante prospección geofísica• No deben contaminar el agua potable

Elaboración

Para la elaboración de masillas sellantes han dado buenresultado las instalaciones mezcladoras de alta velocidadque disuelven de forma coloidal el conglomerante/mezclade arcilla, de manera que se forman suspensiones establessin grumos, haciendo al mismo tiempo un uso eficiente delos materiales. Debe adaptarse la capacidad de los mezcla-dores al volumen de los trabajos de sellado, para poder ela-borar la suficiente cantidad de suspensiones en el intervalode tiempo disponible.

Es necesario tener en cuenta y documentar los valores de losparámetros de la suspensión, tales como los tiempos devaciado en el ensayo del embudo de Marsh, la densidad ylos tiempos de elaboración.

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tros (densidad/viscosidad) de la masilla que salga por laboca del sondeo correspondan a los de la masilla sellanteinyectada.

Inyección

Para una correcta realización del sellado anular en sondeosprofundos o piezómetros se recomienda el empleo del méto-do de inyección (método de entubación 1) desarrollado porPreussag y registrado bajo el número de patente DE 3 84 1316 C2.

Haciendo uso del sistema de tubería SBF-NORIP, adaptadoparticularmente a este método, se inyecta masilla sellantepor el interior del sondeo en el espacio anular. Para ello seintegra en el tramo de tubo de PVC-U situado por encima dela zona filtrada un tubo de inyección, por el cual se bombeala solución. Las ventajas de este método en comparación conlas técnicas de aplicación convencionales son considerables:

• Diámetro de perforación reducido• Uso eficiente de materiales• Tiempos de inyección reducidos• Relleno uniforme y homogéneo del espacio anular• Sellados hasta una profundidad de 1500 metros

A petición le enviamos una descripción detallada de ambosmétodos.

Conforme al método 2, también se puede inyectar la suspen-sión impermeabilizante de forma convencional directamen-te en el espacio anular. La profundidad de aplicación coneste método está limitada. Por un lado aumenta la pérdidade carga durante la inyección y por otro es necesarioaumentar la sección de la perforación, lo que representa unaumento de coste importante.El proceso de inyección ha terminado cuando los paráme-

MÈTODO 1 MÈTODO 2

A petición le enviamos una descripcióndetallada de ambos métodos.

MÈTODO 1: Método de inyección patentadopor Preussag

MÈTODO 2: Método de relleno a través delespacio anular

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Productos sellantes usados en laconstrucción de sondeos

Información general

En la realización de sondeos para la obtención, observacióny exploración de yacimientos de aguas subterráneas se per-foran también, por regla general, capas arcillosas impermeablesque actúan como barreras hidráulicas entre diferentes estra-tos. Estas capas separan acuíferos de diferente calidad y mi-neralización e impiden la penetración de aguas superficialescontaminadas o de diferente mineralización en acuíferos másprofundos. Por este motivo es necesario reconstruir de formaefectiva las capas arcillosas previamente perforadas, utili-zando para ello impermeabilizantes adecuados.

Como fabricante y proveedor líder de materiales para laconstrucción de sondeos, el grupo GWE dispone de una am-plia gama de impermeabilizantes muy eficaces, compuestosde arcillas expansivas y masillas plásticas aptas para bombasde inyección.

Los pellets de arcilla se diferencian por su forma, expan-sividad, estabilidad estructural, densidad y detectabilidadgeofísica. Su introducción en el sondeo se realiza normal-mente por vertido en el lodo de perforación o en el agua delespacio anular. Mediante mediciones de control se com-prueba la correcta colocación del impermeabilizante. Su lí-mite de utilización viene determinado por la profundidad dela perforación y la geometría del espacio anular entre el re-vestimiento y el pozo.

Asimismo se utilizan masillas sellantes a base de arcilla-cemento. Mezclándolas con agua se preparan suspensionesestables que mediante inyección con varillaje permiten su co-locación de forma segura a gran profundidad.

Requisitos

Los requisitos principales de los productos sellantes en laconstrucción de sondeos son:

• Sellado eficaz una vez aplicado –Impermeabilidad del sistema

• Inocuo para su uso con agua potable• Aplicación segura y precisa• Detectable mediante prospección geofísica

Pellets de arcilla

Los pellets de arcilla de alta expansividad han demostradosu excelente utilidad como impermeabilizantes en laconstrucción de sondeos y piezómetros. Su base principal sonarcillas bentoníticas.

Su gran ventaja frente a los materiales de poca expansividad(arcillas caoliníticas/ilíticas) consiste en su capacidad paraaumentar de volumen, creando una presión en el espacioanular existente entre el tubo y la pared de la perforación, im-pidiendo infiltraciones laterales y logrando una excelente im-permeabilidad del sistema.

Zona de aplicación: Espacio anular delsondeo

Las cargas verticales debidas al peso propio del material derelleno (grava o arena) son transmitidas por rozamiento a lasparedes del espacio anular (superficie de los tubos rígidosroscados/pared de la perforación).

Ya a pocos metros por debajo de la superficie del terrenoactúa, sobre todo en perforaciones de menor diámetro, unacarga vertical constante relativamente baja, de tal forma quelos pellets de arcilla previamente vertidos no sufren práctica-mente ninguna compactación.

Diagrama 1: Distribución de la carga en el espacio anular del sondeo relleno de gravaØ perforación 150 mm / Ø tubo rígido roscado NORIP DN 65

Este efecto debe tenerse en cuenta en la determinación de losparámetros de ensayo para la comprobación de la eficaciade los pellets de arcilla en la impermeabilización de sondeos.Con el fin de obtener valores de ensayo próximos a la reali-dad, se debe aplicar sobre las probetas una carga verticalmáxima de 1 N/cm² (diagrama 1).

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IMPERMEABILIZACIÓN DEL ESPACIO ANULAR ENSONDEOS Y PIEZÓMETROS

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