7/26/2019 Condiciones de Agua en Obra Subterranea

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CONDICIONES DE AGUA EN OBRA SUBTERRANEA

Segn las estadsticas de daos en la construccin de tneles ferrocarrileros, carreteros,

hidrulicos y otros, las dificultades ms importantes que surgen estn relacionadas con

el agua.

La naturaleza y magnitud del caudal de agua depender de las condiciones geolgicas

del sustrato, de la presencia de fracturas, de la permeabilidad del macizo rocoso y de la

presin hidrosttica. (Sanchez, 2005)

El flujo de agua se transmite a travs de la formacin acufera, o bien a travs de zonas

fracturas, de esa manera el tnel se comporta como un dren que canaliza el agua de los

acuferos interceptados. La excavacin del tnel genera una prdida de resistencia del

macizo rocoso contiguo, en consecuencia de la decompresin, se produce la apertura de

discontinuidades, fisuras, que son aprovechadas por el flujo subterrneo para abrirse

camino, dando lugar a una va de agua que puede alcanzar gran magnitud de peligro.

Figura N1.- causas de la influencia del agua en tuneles

1. Metodologias de estudios de la influencia del agua en obra subterranea:

Para la solucion de las filtraciones de agua exiten los siugientes metodos:

1.1. Metodo Numerico:

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a. Regimen estacionario:El drenaje estacionario por unidad de longitud de

tnel (Q0) se puede estimar con la solucin analtica propuesta por Goodman

et al. (1965), tambin conocida como la frmula del pozo grande (Javier

Samper, Mercedes Bonilla, Liange Zheng, Changbing Yang, 2006).

Figura N2.- Calculo de caudales filtrados hacia los tuneles.

Donde K, es la conductividad hidraulica, r es el radio del tunel, t tiempo

y H0es la profundidad desde el nivel freaticohasta el centro del tunel.

Este mtodo grfico nos servira para el clculo de la evolucin temporal

del caudal al tnel.

b. Regimen Transitorio:

Figura N3.- Calculo de caudales filtrados hacia los tuneles.

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1.2. Metodos de estudios hidrogeologicos:se orientaran a la definicion de

las unidades litoestratigraficas y estructuras de interes, en el flujo de las

aguas subterraneas, identificando la presencia de niveles acuiferos, niveles

permeables, relaciones hidraulicas entre ellos, la velocidad de flujo, el origeny calidad de las aguas y otros aspectos mas que intervienen en las

condiciones hidrodinamicas.

a. Cartografia Hidrogeologica: se debera efectuar un estudio

fotogeologico, a partir de pares estereoscopicos aereos desde un enfoque

hidrogeologico con objeto de establecer la geometria de las estructuras

permeables, la presencia de zonas de falla, dicontinuidades, y otros.

b. Inventario de puntos de agua:se realizara el inventario de los puntos

de agua: pozos, piezmetros, etc, situaciones en el entorno del trazado

del tunel. Se sealaran las caractersticas de las obras, localizacion de los

filtros y profundidad de la obra, la situacion del nivel freatico y las

variaciones registradas, los manantiales que puedan estar relacionados

con el afloramiento de capas permeables. Se registrara la conductividad,

pH y la temperatura de las aguas.

c. Ejecucion de sondeos piezometricos:los puntos de perforacion se

localizaran en las zonas mas destacadas, donde la incertidumbre del

contexto hidrogeologico sea mayor. Los sondeos se realizaran a rotacion

con extraccion continua del testigo, para la caracterixzacion litologica y

testificacion del sustrato geologico.

En la ejecucion de los sondeos se llevarn a cabo ensayos hidrodinamicos

de inflitracion tipo Lefranc (en materiales granulares) y Lugeon (en

rocas). Una vez instalado el piezometro, se realizaran ensayos tipo Gilg

Gavard a lo largo de la columna. En funcion de la permeabilidad del

macizo, los ensayos se realizan tanto en regimen permanente como en

regimen transitorio.

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Figura N4.- construccion de pozos y ejecucion de piezometros para los

ensayos de bombeo y recuperacion

d. Testificacin geofsica de los sondeos:las tareas de testificacin

litolgica se vern complementadas con la realizacin de registros

geofsicos. Medida de la radiacin Gamma Natural, Resistividad Normal

con doble espacio, Resistencia monoelctrica, Autopotencial y Calibre

del taladro. Estos ensayos permiten determinar las caractersticashidrogeolgicas y geotcnicas de cada uno de los macizos rocosos

atravesados, identificar las zonas con presencia de discontinuidades,

zonas fracturadas, etc.

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Figura N5.- testificacion geofisica de sondeos: temperatura,

conductividad, resistividad y gamma natural

e. Piezometria de los niveles acuiferos:se determinaran los niveles

piezometricos y se definira el mapa de isopiezas para los distintos niveles

acuiferos que se registren. Toda informacion se plasmara en mapas yperfiles hidrogeologicos, que permitan comprender con facilidad la

disposicion estructural de los maeriales, los niveles piezometricos y las

direcciones de flujo.

f. Ensayos de bombeo:los ensayos seran de larga duracion, tomando

registro de los acudales bombeados y de los descensos originados, en

piezometros instalados a difernetes distancias del pozo de bombeo.

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Figura N6.- ensayo de bombeo de gran caudal y larga duracion

g. Composicion quimica y calidad de las aguas:el estudio de la

composicon quimica permite definir con mayor grrado de exactitus el

modelo conceptual de funcionamiento del sistema. Para su analisis e

interpretacion quimico de las aguas se utilizaran diagrams

hidroquimicos.

h. Isotopos ambientales: estos analisis aportarn una valiosa informacion

de la hostria evolutiva seguida por las masas de agua en el medio

subterraneo. Se puede determinar el origen del agua almacenada, la

conexin entre distintas masa de agua, el tiempo de renovacion, el

camino evolutivo, el preiodo de transito, etc.

i. Ensayos de flujo: en los sondeos se llevaran a cabo ensayos de flujo

consistentes en el marcado de la columna de agua con un trazador salino

(cloruro sdico) y ne el registro de la evolucion de la conductividad ( y la

temperatura) a lo alrgo de un espacio de tiempo. Esta tecnica permite

identificar y medir los flujos subterraneos, horizontales y verticales;

localizndo las zonas mas permeables por porosidad, intergranular,

fracturacion, a traves de las cuales se produce la circulacion del agua.

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j. Modelo de comportamiento hidrogeologico: se construira un modeo de

simulacion del comprotamiento hidrogeologico del sistema. En funcion

de resultado obenido se planteran las posibles acciones correctoras en

caso que resulte necesario. El modelo se debrea calibrar tanto en regimenpermanente como en regimen transitorio.

2. Impermeablizacion de tuneles:

Su objetivo es impedir que el agua infiltrada a travs del macizo rocoso penetre

en el interior del tnel de manera que pueda ser captada y conducida a los

ductos situados en la base del tnel.

Existen factores que influyen de manera variada durante la planificacin y el

proyecto, estas son las siguientes:

Condiciones del terreno y tipo de construccin

Condiciones del agua y en que estado se encuentra

Grado de Impermeabilizacin requerido segn el uso del tnel

Elementos necesarios y especficos de la impermeabilizacin

A que daos puede estar sujeta la impermeabilizacin

2.1. Influencia del terreno y del sistema constructivo:El terreno tiene una

importancia decisiva, en el sistema de construccin y en el tipo de revestimiento

utilizado en el tnel. Estas influencias determinan la eleccin del tipo de

impermeabilizacin.

En resumen y con respecto a los sistemas de impermeabilizacin se pueden

distinguir tres tipos de terreno:

a. Terreno duro: Se emplean procedimientos de excavacin en grandes bloques, y

dada la naturaleza del terreno el tnel es estable (por lo menos por cierto

tiempo), no siendo necesario un sostenimiento previo basta con eliminar

irregularidades y rellenar fisuras mediante hormign proyectado y aplicar

despus la impermeabilizacin sobre esta superficie ondulada y rugosa.

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Figura N7.- Detalle para terrenos duros

b. Terreno quebradizo: No se puede construir el tnel a seccin completa, es

preciso hacerlo por etapas sucesivas dando lugar a varios tipos de avance siendopreciso la realizacin de un sostenimiento previo en cada fase que garantice la

seguridad del tnel y por lo tanto del avance (cerchas, hormign proyectado,

bulones, etc.). Es sobre este soporte y antes del revestimiento estructural, donde

se realizarla impermeabilizacin.

Figura N8 .- Detalle para terrenos duros quebradizos

c. Terrenos blandos: En este tipo de terreno existen dos formas de conseguir la

estanqueidad. sellado de juntas entre dovelas, o un sistema de

impermeabilizacin de superficies de dichas dovelas (en el caso de dovelas

reticulares o metlicas, es necesario primero igualar la superficie como soporte

del sistema de impermeabilizacin).

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Figura N9.- Detalle para terrenos blandos

2.2. Influencia del agua:La impermeabilizacin de un tnel estarinfluenciada por el

tipo y calidad del agua del terreno:

Tabla N1: limites perjudiciales para la valoracion de agrsividad de las aguas

Tabla N2: limites perjudiciales de las sustancias en aguas subterraneas

El agua que ha penetrado en el suelo tiende a profundizar progresivamente

siguiendo la trayectoria de los poros y fisuras hasta que encuentra un estrato

impermeable sobre el cual corre o se estanca. Segn sea la posicin de dicho

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estrato, el agua forma una capa hdrica. Cuando esta capa no tiene su superficie

superior limitada por un estrato impermeable, sino que este nivel superior es libre,

toma el nombre de capa fretica.

En general podemos distinguir entre tneles situados en zonas de Aguas

subterrneas, en zonas de Saturacin o en la Franja capilar. La intensidad de

agresividad del agua contra el revestimiento dependerdel tipo de agua del terreno

y puede manifestarse de dos maneras: agua capilar o agua de capa h drica.

Segn esta divisin existe una clasificacin de las medidas a tomar en cuanto a las

tcnicas de impermeabilizacin, asdistinguiremos:

a. Impermeabilizacin en franja capilar:Debe ser efectuada en toda

construccin subterrnea, ya que se deben cerrar los poros para evitar que la

humedad llegue al interior segn las leyes de los capilares.

- Pinturas impermeables

- Escasamente membranas

b. Impermeabilizacin en zonas saturadas: Se debe desviar el agua para que no

se forme presi

n. Generalmente esta agua desviada se recoge en un drenajelongitudinal del tnel.

- Morteros hidrfugos

- Membranas

c. Impermeabilizacin en aguas subterrneas:Debe ser una

impermeabilizacin flexible y cerrada, y resistente a la presin del agua

subterrnea. Durante la construccin es necesario bajar el nivel fretico o

eliminarla mediante aire comprimido.

- Membranas

- Escasamente morteros hidrfugos.

2.3. Influencia del uso del tunel: Las exigencias que se requieren en cuanto al grado de

impermeabilizacin de un tnel dependen esencialmente del tipo de uso del mismo.

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a. Tneles de ferrocarril.Fuera de las ciudades no tienen que ser

completamente estancos, ya que la humedad capilar de las paredes o pequeas

filtraciones no influyen en el trfico de trenes. Pero es necesario remarcar la

necesidad de tener cuidado ante la posibilidad de formacin de hielo, deterioro

del revestimiento y daos del sistema elctrico. Por lo tanto es aconsejable un

drenaje exterior (Impermeabilizacin primaria, intermedia y principal,

mnimo).

b. Tneles de carretera. Requieren un grado de Impermeabilizacin ms alto

que los de ferrocarriles. En determinados casos se pueden admitir humedades

capilares. Como generalmente tienen revestimiento interior, es fcil prever un

sistema de impermeabilizacin generalizada (Impermeabilizacin primaria,

intermedia y principal, mnimo).

c. Tneles canal (Hidrulicos). Tienen que ser completamente impermeables,

sobre todo, en cajeros y solera, para evitar tanto la fuga de agua como la

entrada exterior (Impermeabilizacin primaria e intermedia mnimo).

d. Galeras de acceso e instalaciones hidrulicas. De acuerdo con su finalidad

deben de ser completamente impermeables, sobre todo en bveda, para evitar

la condensacin y altos grados de humedad que pudiesen arruinar equipos de

control. (Impermeabilizacin primaria y posterior mnimo).

2.4. Sistemas de impermeabilizacin: Segn las influencias, requisitos y soportes ya

descritos, los trabajos de impermeabilizacin constarn de varias fases que son las

siguientes:

2.4.1. Impermeabilizacin primaria:Son los trabajos provisionales de

taponamiento o de recogida y conduccin de aguas que permiten la

ejecucin posterior, en su caso, de las siguientes impermeabilizaciones; la

Intermedia y la Principal.

El trabajo se completa con la formacin de drenes superficiales,

permanentes, en forma de espina de pez, empleando medias caas,

tuberas, etc., para la captacin de agua y su conduccin a las

cunetas.

Relacin de mtodos actuales de Impermeabilizacin Primaria:

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Procedimiento OBERHASLI

Procedimiento OBERHASLI mecnico

Impermeabilizacin con medias caas

Impermeabilizacin con tuberas plsticas

Hormign proyectado

El mtodo OBERHASLI es el ms aplicado y requiere una mano de

obra especializada, ya que su aplicacin es manual y muy tcnica.

2.4.2. Impermeabilizacin intermedia: Son los trabajos posteriores a la

impermeabilizacin primaria mediante la aplicacin de concreto

proyectada o morteros. La impermeabilizacin intermedia puede ser

de proteccin o de regularizacin.

Proteccin: Es la aplicacin de una hormign o mortero proyectado

armado de un espesor no superior a 7 cm en toda la superficie a

tratar, asse consigue una proteccin del sistema primario elegido, ya

que de no efectuarlo, y debido a los acelerantes de fraguado

empleados, los drenes, taponamientos e impermeabilizacin

quedaran fisurados y fallaran con el tiempo.

Regularizacin: La finalidad de este mtodo a base de hormign

proyectado o morteros preparados es servir de soporte a una

Impermeabilizacin Principal y su espesor suele oscilar entre 7 y 25

cm. Tambin cumple la finalidad de sostener provisionalmente la

excavacin del tnel o galera.

2.4.3. Impermeabilizacin principal: Es la ejecucin de una membrana

impermeable de cualquier tipo que garantice la absoluta estanqueidad

de la galera o tnel. Hay diferentes tipos de ejecucin:

Revoque o gunita.

Revestimiento con morteros predosificados

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Revestimiento con lminas plsticas

Estos revestimientos se aplican sobre todo el permetro del tnel o en

parte de la bveda. La eleccin del tipo de membrana vendr

indicada por la naturaleza del terreno, el caudal del agua y por el tipo

de hormign estructural.

2.5. Tipos de impermeabilizacin:

2.5.1. Impermeabilizacin tipo paraguas: Llamado tambin mtodo drenaje

capa simple umbrela.

Figura N10.- Detalle para terrenos durosdel sistema paraguas

Tubo de drenaje. Capa de drenaje con ridos seleccionados

Drenaje de solera

FlexoDrain para impermeabilizacin primaria

Capa de proteccin y drenaje

Lminas de impermeabilizacin

Arquetas de inspeccin y reparacin

2.5.2. Impermeabilizacin tipo submarino:

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Figura N11.- Detalle para terrenos durosdel sistema submarino

Drenaje longitudinal y capa de drenaje de grava

Drenes en juntas de dovelas y en juntas como

impermeabilizacin primaria

Geotextil de proteccin y drenaje

Membrana Sika Plan y Membrana de proteccin en soleras

Arquetas para inspeccin y limpieza2.

Bibliografa

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