I Encuentro La Tunelización del siglo XXI ETS Ingenieros...

TRATAMIENTOS DE IMPERMEABILIZACIÓN CON MEMBRANAS GEOSINTÉTICAS EN TÚNELES.

Página: 1 de 29

Fecha: abril 2011 Mariano Úbeda Rodríguez

PROPIEDAD DE TECNOLOGÍA DE IMPERMEABILIZACIÓN EN TÚNELES, S.A. – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN SIN AUTORIZACIÓN

I ENCUENTRO DE TÚNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS:

“LA TUNELIZACIÓN DEL SIGLO XXI”. Escuela Téc. Superior de Ingenieros de Minas

Madrid, 14 de abril de 2011.


Mariano Úbeda Rodríguez ([email protected])


Página: 2 de 29


PROPIEDAD DE TECNOL. DE IMPERMEABILIZACIÓN EN TÚNELES, S.A. – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN SIN AUTORIZACIÓN

INDICE: 1. INTRODUCCIÓN.

2. SELECCIÓN DEL SISTEMA DE IMPERMEABILIZACIÓN.

2.1. INFLUENCIA DE PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS.

2.2. INFLUENCIA DEL TERRENO.

2.3. INFLUENCIA DEL AGUA.

2.4. INFLUENCIA DEL USO DEL TÚNEL.

2.5. GRADO DE ESTANQUEIDAD.

2.6. CONCEPTO DE TÚNEL DRENANTE.

2.7. CRITERIOS PARA LA ELECCIÓN DE MEMBRANAS, ZONAS A TRATAR Y POSIBLES MEDIDAS ADICIONALES.

2.8. MODELOS DE SISTEMAS DE IMPERMEABILIZACIÓN.

3. IMPERMEABILIZACIÓN PRIMARIA.

4. IMPERMEABILIZACIÓN INTERMEDIA.

5. IMPERMEABILIZACIÓN PRINCIPAL.

6. IMPERMEABILIZACIÓN POSTERIOR.

7. IMPERMEABILIZACIÓN CON GEOSINTÉTICOS: COLOCACIÓN EN SÁNDWICH.

7.1. DEFINICIÓN DE MATERIALES.

7.2. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN.

8. IMPERMEABILIZACIÓN CON GEOSINTÉTICOS: COLOCACIÓN EN LÁMINA VISTA.



9. BIBLIOGRAFÍA.


Página: 3 de 29



1. INTRODUCCIÓN.

1.1. QUIÉNES SOMOS.

TITSA, “Tecnología de Impermeabilización en Túneles, S.A.” es la apuesta de las empresas,

Terratest y Sotecnisol, en el mercado de la impermeabilización en túneles y obra civil en general,

de España.

TITSA aporta para cada caso la mejor solución técnica en el mercado de la impermeabilización.

Pudiendo estar presente en la fase de diseño de la solución, trabajando en equipo con los

proyectistas. Así como en una fase posterior, instalando el sistema de impermeabilización, donde

TITSA posee un equipo humano con amplia experiencia y conocimientos técnicos que garantizan

un perfecto acabado y correcto funcionamiento del sistema.

TITSA es una empresa comprometida con las necesidades del cliente, que garantiza el

cumplimiento de los compromisos adquiridos, prestando un servicio integral y de calidad.

1.2. CAMPOS DE ACTUACIÓN.

TITSA, mediante el empleo de geosintéticos, geocompuestos de drenaje, derivados asfálticos,

revestimientos epoxi, etc; pone a disposición de sus clientes, su experiencia en la consecución de

soluciones a problemas de impermeabilización en la obra civil, tales como:

- Impermeabilización de Túneles: colocación en Sándwich o en Lámina Vista.

- Impermeabilización de Falsos Túneles.

- Impermeabilización de Obras de Fábrica, Tableros de Puentes.

- Impermeabilización de Cimentaciones Enterradas.

1.3. SISTEMAS APLICADOS EN LA IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE DE TÚNELES Y FALSOS TÚNELES.

- Túneles: Sándwich:

Son los trabajos de ejecución de un sistema de impermeabilización mediante el empleo de

geosintéticos, con el objeto de impedir las filtraciones de agua al interior del túnel, o solamente

captarlas, conducirlas y drenarlas.

Dicho sistema consta de una membrana impermeable, que se colocará confinada entre el

sostenimiento provisional y el revestimiento definitivo, quedando en Sándwich.


Página: 4 de 29



- Túneles: Lámina Vista:

Son aquellos trabajos, previstos o no, complementarios o de rehabilitación posterior, con el objeto

de captar y drenar las filtraciones de agua en el interior del túnel.

La membrana impermeable se colocará en Lámina Vista, sobre el paramento final del túnel, ya sea

roca, revestimiento de hormigón en masa, hormigón proyectado, mampostería,….

- Falsos Túneles:

Son los trabajos de ejecución de un sistema de impermeabilización, con el objeto de captar y

drenar el agua infiltrada por el trasdosado del Falso Túnel.

Dicho sistema consta de una membrana impermeable para evitar que el agua infiltrada en el

terreno o de nivel freático entre en contacto con la estructura, y de un sistema de drenaje

adecuado y eficiente para llevar el agua hasta la red de tubos dren y colectores, que se colocará

por el trasdos del Falso Túnel, en contacto con el terreno.

1.4. RAZONES QUE JUSTIFICAN LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS DE IMPERMEABILIZACIÓN DURANTE LA CONSTRUCCIÓN DE NUEVAS INFRAESTRUCTURA.

Funcionalidad, durabilidad, seguridad, conservación, y en definitiva, calidad y menores gastos de mantenimiento durante la explotación; son algunas de las razones que justifican la

impermeabilización durante la ejecución de nuevas infraestructuras.

Todo ello, con el fin de impedir filtraciones de agua que podrán afectar al hormigón estructural,

disgregando su masa por procesos de gelifracción, carbonatación y/o cristalización de las sales

disueltas; así como evitar la corrosión de las armaduras e instalaciones por reacciones

electroquímicas y de oxidación.

El presente documento recoge las exigencias mínimas que se deben seguir para la elección,

instalación y verificación de los sistemas de impermeabilización de túneles, falsos túneles y

galerías con geosintéticos.

Abarcando las características de los materiales de impermeabilización, así como los requisitos del

soporte donde van a ser fijados, y la metodología de aplicación.

Además de las geomembranas de cloruro de polivinilo (PVC), poliolefinas (polietileno lineal

(LLDPE) o polietileno de muy baja densidad (VLDPE)) o espuma de polietileno (PE) reticulado,

asfálticas de betunes modificados con elastómeros (SBS) o elastómeros (APP); generalmente se

aplican conjuntamente otros tipos de materiales geosintéticos tales como: geotextiles,

geocompuestos de drenaje, etc.


Página: 5 de 29



2. SELECCIÓN DEL SISTEMA DE IMPERMEABILIZACIÓN.

Los túneles se construyen con una vida útil de más de 100 años, lo que significa que los

estándares de calidad marcados durante su construcción deben ser altos. En particular los

relativos a los sistemas de sellado, impermeabilización y protección.

No debemos olvidar que el agua es uno de los mayores enemigos para cualquier tipo de

construcción. La impermeabilización tiene la tarea de proteger al túnel de los daños resultantes de

la humedad o la entrada accidental de agua, así como el peligro que representa el agua que

proviene de suelos agresivos y los efectos de productos químicos disueltos.

La selección del sistema de impermeabilización más adecuado para una obra subterránea

dependerá de los siguientes factores, que deberán ser objeto de estudio previo a su elección. Sin

olvidar que es esencial que cada sistema esté seleccionado y planificado con el fin de representar

la solución óptima conforme a los requisitos establecidos relativos a su uso previsto, por una parte,

y las posibilidades técnicas y económicas por la otra.

2.1. INFLUENCIA DE PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS.

El sistema de impermeabilización dependerá directamente de los caudales de agua infiltrados en

el túnel. Existen diferentes métodos empíricos para calcularlos, tales como: método de Hvorslev,

Goodman, Heuer, Dupuit, Romanova, etc.

Dichos caudales variarán en función de:

La geología de los sustratos, en cuanto a la capacidad para almacenar y transmitir el agua;

existencia de fallas, contactos, plegamientos, etc.

La climatología, factores como la pluviosidad, heladas, evaporación, etc. Está directamente

relacionados con la capacidad de recarga de los acuíferos.

La geomorfología, donde las condiciones de la superficie, orografía, y características del suelo,

determinan la escorrentía superficial; y por tanto las posibilidades de infiltración relacionada

directamente con la recarga de los acuíferos.

Los parámetros hidrogeológicos más interesantes son:

• Porosidad.

• Permeabilidad.

• Gradiente hidráulico.

• Transmisividad.


Página: 6 de 29



2.2. INFLUENCIA DEL TERRENO.

Los sistemas de impermeabilización podrán variar en función del tipo de terreno, ya que estarán

directamente relacionados con el método de excavación empleado, y también con el tipo de

sostenimiento sobre el que se va a instalar el sistema.

Pueden distinguirse tres tipos de terreno:

• Terreno duro.

• Terreno quebrado.

• Terreno blando.

2.3. INFLUENCIA DEL AGUA.

Los sistemas de impermeabilización también pueden variar en función del tipo de agua. Pueden

distinguirse tres tipos de impermeabilización, dependiendo del tipo de agua contenida en el macizo

donde se excava:

• Impermeabilización en franja capilar, eventuales humedades y algún goteo

localizado. Se tratarán zonas puntuales con geocompuestos de drenaje, medias

cañas Oberhasli,… (Impermeabilización primaria).

• Impermeabilización en zonas de saturación con goteos dispersos, continuos y sin

presión. Se empleará un sistema flexible cubriendo solo la bóveda (paraguas);

evacuando el agua hacia los drenajes longitudinales.

• Impermeabilización en agua subterránea con altos aportes de agua al túnel, con

presión. Se empleará un sistema flexible de mayor capacidad, cubriendo toda la

sección, bóveda y contrabóveda; con capacidad resistente a la presión

También será muy importante analizar las condiciones físicas y químicas del agua, para garantizar

que no deterioran ni el sistema de impermeabilización, ni por tanto el túnel.

2.4. INFLUENCIA DEL USO DEL TÚNEL.

El sistema de impermeabilización también dependerá del uso final al que se destine dicha obra, y

por tanto, del grado de estanqueidad o cantidad de filtraciones que se permitan. La definición de

impermeabilidad para el diseño de túneles y galerías, según la norma Española UNE 104 424, es

la siguiente:


Página: 7 de 29



Grado de Imperm.

Características de humedad

Utilización de la obra Filtraciones de agua

l/m2 en 24 horas

1 No permitida la

difusión de vapor

desde el exterior

• Lugares secos:

• Locales refrigerados

• Presencia continua de personas

• Almacenes sensibles a humedad

0

2 SECO

Permitida la difusión

de vapor

• Instalaciones militares y locales húm.

• Locales con instalaciones de energía

• Locales subterráneos de uso general

0

3 SECO • Almacenes y locales comerciales

• Estaciones de metro

< 0,001

4 CASI SECO • Túneles de autopistas

• Túneles de montaña

• Túneles ferroviarios de alta velocidad

< 0,01

5 Filtraciones capilares • Aparcamientos

• Túneles de carretera y en roca

< 0,1

6 Ligero goteo de agua • Túneles de ferrocarril

• Líneas de metro

< 0,5

7 Goteo de agua • Túneles de alcantarillado < 1,0

2.5. GRADO DE ESTANQUEIDAD

CLASE 1 COMPLETAMENTE SECO No están permitidas humedades ni vapor de agua en la superficie del túnel.

CLASE 2 SECO A LIGERAMENTE HÚMEDO Permitidas humedades localizadas. No están permitidos goteos de agua en la superficie del túnel.

CLASE 3 HÚMEDO Permitidas zonas húmedas limitadas y goteos localizados.

CLASE 4 HÚMEDO A MOJADO Permitidas zonas húmedas y goteos.

*Clasificación según Norm SIA-272: 2009 Abdichtungen und Entwässerungen von Bauten unter Terrain und im Untertagbau

2.6. CONCEPTO DE TÚNEL DRENANTE.

El túnel puede ser construido como una estructura drenante, o no drenante.

En el primer caso, el túnel drenará el agua subterránea existente de modo permenante,

evacuándola por los tubos de drenaje y colectores dispuestos en la base de los hastíales y

contrabóveda. De este modo se mantendrá aliviada la presión de hidrostática del agua.


Página: 8 de 29



En el segundo caso, se permitirá el drenaje durante la fase de construcción, aliviando así la

presión y facilitando los trabajos. Pero una vez terminada la construcción, los tubos de drenaje y

alivio serán sellados. No habiendo necesidad de evacuar el agua subterránea y por lo tanto ejercer

ninguna influencia negativa permanente sobre el nivel freático, ni el equilibrio hídrico. Por tanto, la

decisión de no desviar permanentemente el agua subterránea debe prevalecer sobre el drenaje.

Ventajas y desventajas de una u otra opción:

TÚNEL DRENANTE. EVACUACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA

TÚNEL NO DRENANTE. BLOQUEO DE AGUA SUBTERRANEA CON PRESIÓN.

Menor coste de impermeabilización

Menor espesor de revestimiento

Permite excavación bajo condiciones

extremas

Sistema de drenaje permanente

Mayores afecciones durante la fase de

explotación

Mayores costos de mantenimiento

Mayor coste de impermeabilización

Se considera el factor presión de agua

durante el diseño y construcción

No hay influencias sobre el nivel freático

tras la construcción

Mejor medioambientalmente

Reducción de asentamientos

Menores costos de mantenimiento

2.7. CRITERIOS PARA LA ELECCIÓN DE MEMBRANAS, ZONAS A TRATAR, Y POSIBLES MEDIDAS ADICIONALES.

Los criterios para la selección de membranas geosintéticas para la impermeabilización de túneles,

dependerán de si tenemos un túnel drenado o no drenado, y por tanto sabremos si estaremos

expuestos a presión hidrostática. Al mismo tiempo nos indicará si es suficiente con

impermeabilizar la bóveda o requiere hacer un tratamiento completo de la sección. Por supuesto

también dependerá de si tenemos agua subterránea químicamente agresiva. A continuación


Página: 9 de 29



vemos una tabla donde se relacionan todos los factores mencionados, en al parte izquierda; con

los distintos tipos de láminas y sus combinaciones, así como posibles medidas adicionales a

adoptar.

Agresividad del Agua Medidas Adicionales

Nº Concepto Drenaje

Presión Hidrostática

Sistema de

Sellado Baja Alta Barreras

Waterbars Pipetas de Inyección

Cantidad y espesor de membrana

(mm)

1 No No Sencilla 1,5

2

Drenaje Permanente Sin presión

Paraguas (solo

bóveda) Si No Sencilla 2

3 < 30 mca Si No Sencilla 2

4 30 a 60 mca Si Si Doble 2 + 1,5

5

NO Drenaje

> 60 mca

Sección completa

Si Si Doble 3 + 2

Nota: 10 mca (metros de columna de agua) = 1 kg/cm2.


Página: 10 de 29



2.8. MODELOS DE SISTEMAS DE IMPERMEABILIZACIÓN.

• TÚNEL DRENANTE. Evacuación (drenaje) de agua subterránea. Sin presión de agua.

CRITERIO Nº 1

1

2

3

4

5

6

7

Tubos de drenaje

Relleno granular.

Drenaje Oberhasli

Geotextil o Geodren de protección y drenaje

Lámina de impermeabilización flexible

Registros para inspección y limpieza

Geotextil de separación y filtro


Página: 11 de 29



• TÚNEL DRENANTE. Evacuación (drenaje) de agua subterránea. Sin presión de agua.

Aguas químicamente agresivas. CRITERIO Nº 2

1

2

3

4

5

Tubos de drenaje

Juntas anillos dovelas (espacio drenaje)

Geotextil de protección y drenaje

Lámina de impermeabilización flexible (Protegida en contrabóveda)

Registros para inspección y limpieza


Página: 12 de 29



• TÚNEL NO DRENANTE. Bloqueo de agua subterránea. Con presión de agua < 30 mca.

CRITERIO Nº 3

Excavation Drill-and-blast TBM (without tubbings)

Method

Drainage none none

1

2

3

4

5

6

Drenaje provisional durante excavación. A rellenar con inyección de cemento al finalizar construcción

Geotextil y lámina de impermeabilización

Juntas Waterstop inyectables para compartimentación

Elementos de conexión para monitorización e inyección de juntas

Lámina de protección en zonas de contrabóveda (o con armadura de acero)

Aliviadero de agua subterránea durante construcción


Página: 13 de 29



• TÚNEL NO DRENANTE. Bloqueo de agua subterránea. Con presión de agua > 30 mca.

CRITERIO Nº 4 ó 5. Dependerá de presión.

1

2

3

4

5

6

7

Drenaje provisional durante excavación. A rellenar con inyección de cemento al finalizar construcción

Geotextil y lámina de impermeabilización

Lámina con nódulos de separación

Lámina de protección

Soldadura de doble lámina

Elementos de conexión test de vacío e inyección de juntas

Aliviadero de agua subterránea durante construcción


Página: 14 de 29



3. IMPERMEABILIZACIÓN PRIMARIA.

Siempre que sea necesario, comprende los trabajos provisionales de taponamiento, o recogida y

conducción hasta drenaje de filtraciones de agua.

Tradicionalmente se han utilizado métodos como el drenaje Oberhasli, con el empleo de tubos o

medias cañas, sujetos al paramento con cementos de fraguado ultrarrápido, proyección de

morteros o gunita.

Figura 1. Método Oberhasli

Foto 1. Método Oberhasli Lámina drenante -

POZIDRAIN (ABG. England)

Actualmente, existe una gama bastante

amplia de geocompuestos de drenaje con

núcleo resistente a compresión, con geotextil

para el filtrado de finos de polipropileno (PP)

adherido, con capacidad de descarga hasta

1,40 l/m/sec y resistencias a compresión

hasta 1.000 kPa, tipo POZIDRAIN. Que son

de fácil y sencilla colocación, y por tanto de

baja cuantía económica con buenos

resultados.


Página: 15 de 29



4. IMPERMEABILIZACIÓN INTERMEDIA.

Son los trabajos de proyección de hormigón o mortero, con la finalidad de sostener

provisionalmente la excavación. A la vez de proteger la impermeabilización primaria, si se ha

hecho por métodos tradicionales. Y también con la finalidad de regularizar y preparar el soporte

donde después se va a ejecutar la Impermeabilización Principal.

La regularización del soporte, a la que no siempre se le da la importancia necesaria dado el alto

coste de los hormigones proyectados, es fundamental para garantizar una buena instalación y

funcionamiento posterior del sistema de impermeabilización.

Según lo indicado en la norma UNE 104 424, los requisitos mínimos que deberá cumplir el soporte

son:

• No existirán irregularidades con un radio

inferior a 20 cm.

• La profundidad de una irregularidad no

deberá ser superior a 15 cm respecto a

la superficie de terminación.

• En una irregularidad, la relación

profundidad/extensión debe ser igual o

inferior a 1/5.

• Los elementos de anclaje y bulonado

que sobresalgan del soporte se cortarán

en su parte no funcional, tratándose

según lo descrito anteriormente.

Figura 2. Requisitos mínimos del soporte

Fotos 2 y 3. Ejemplos de soporte en malas condiciones.


Página: 16 de 29



5. IMPERMEABILIZACIÓN PRINCIPAL.

Son los trabajos de ejecución de una membrana impermeable de cualquier tipo que garantice la

estanqueidad del túnel. Hay diferentes tipos:

• Revocado o gunitado.

• Revestimientos con resinas (membranas acrílicas proyectables).

• Revestimiento con morteros

predosificados.

• Sellado de juntas de dovelas

prefabricadas.

• Revestimiento con geosintéticos.

o Colocación en lámina vista, sobre

sostenimiento definitivo.

o Colocación en sándwich, confinado

entre sostenimiento provisional y

revestimiento de hormigón.

Foto 4. Impermeabilización con geosintéticos en sándwich

Estos últimos tipos serán desarrollados a continuación, detallando los tipos de materiales, así

como su puesta en obra.

6. IMPERMEABILIZACIÓN POSTERIOR.

Son aquellos trabajos, previstos o no, complementarios de la impermeabilización principal, o bien

trabajos de reparación posterior. Tales como:

Foto 5. Imper. con geosintéticos en lámina vista.

• Inyecciones.

• Morteros predosificados impermeables.

• Revoques o gunita.

• Taponamiento y sellado de grietas y juntas.

• Rejuntado de mampostería.

• Drenajes.

• Reimpermeabilización con membranas, en

lámina vista.

o Colocación en lámina vista, sobre

sostenimiento definitivo.


Página: 17 de 29



7. IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE CON GEOSINTÉTICOS EN TÚNELES. COLOCACIÓN EN SÁNDWICH.


Los materiales utilizados en este tipo de impermeabilización pueden ser divididos en tres grandes

grupos:

• Principales:

o Geotextil.

o Geocompuestos de drenaje (Geodrenes).

o Geomembrana impermeabilizante de PVC o POLIOLEFINAS.

• Complementarios:

o Juntas de compartimentación y remate.

o Dispositivos de inyección, drenaje e inspección.

• Auxiliares:

o Discos de PVC o PE.

o Elementos de fijación: Clavos y cartuchos de fulminante.

7.1.1. Geotextil.

Durante la impermeabilización de túneles el geotextil asume las siguientes funciones:

Protección (+), el geotextil evita la perforación de la geomembrana en las aristas y puntos

salientes del sostenimiento, y facilita el deslizamiento de la misma por posibles movimientos

convergentes del terreno portante, o cuando se pone en carga durante el proceso de

hormigonado del revestimiento.

Drenaje (-), el geotextil evacua el agua en su plano para evitar la formación de subpresión; así

como el aire hacia el drenaje longitudinal durante el proceso de hormigonado del

revestimiento. No obstante su capacidad de drenaje es bastante limitada, más aún cuando se

comprime por el revestimiento. En casos de túneles drenantes, donde haya o se prevean

aportes elevados de agua, deberá complementarse con un geocompuesto de drenaje.

Los geotextiles a utilizar deben poseer un espesor constante, y presentar uniformidad en cuanto a

sus características a lo largo de toda su superficie. Estarán constituidos por fibras entrelazadas de

origen químico-orgánico, de las que destacamos las de Polipropileno, por ser las que mejor

comportamiento presenta en contacto con ambientes extremos de pH, como los producidos

durante los procesos de fraguado de hormigones. La unión mecánica entre fibras del geotextil no


Página: 18 de 29



tejido se consigue por agujeteado, punzonado, a veces también termo-fijado. Las principales

propiedades por las que se deben seleccionar los geotextiles para este tipo de aplicación, según

indica la norma UNE 104 424, son las siguientes:

Túnel a

cielo abierto

Túneles excavados con hormigón proyectado

Túnel con

dovelas

Características Unidad Norma Árido

0-4 mm Árido

0-8 mm Árido

0-16 mm

Resist. A tracción kN/m2 ISO 10319 > 7 > 15 > 18 > 21 > 7

Alargamiento a

rotura % ISO 10319 > 80/40 > 80/40 > 80/40 > 80/40 > 80/40

Resisten. CBR N ISO 12236 > 1500 > 2500 > 3000 > 4000 > 1500

Permeabilidad en el

plano

m2/s a 200

kpa ISO 12958 10-7 10-7 10-7 10-7 10-7

Es importante indicar, que NUNCA un geotextil debe prescribirse en un proyecto en función de su

gramaje mínimo. Siempre debería exigirse el tipo de fibra más adecuado, polipropileno (por

durabilidad), y el cumplimiento de las características indicadas en la tabla anterior (por capacidad

de protección). Dependiendo de la calidad de fibra, proceso de fabricación,… podremos encontrar

distintos geotextiles que superan esas características con mayor o menor gramaje.

7.1.2. Geocompuestos de drenaje (Geodrenes).

En casos de túneles drenantes, el agua acumulada en la línea entre el revestimiento/sistema de

impermeabilización y sostenimiento/roca, debe ser evacuada rápidamente hasta los drenes

longitudinales, para evitar su acumulación, y posibles problemas de sobrepresión en el anillo de

revestimiento por aumento de la altura de la columna de agua (por subida de nivel freático).

Considerando además que si el túnel se diseñó como drenante, probablemente su revestimiento

no está preparado para soportar el aumento de presión. Pudiendo verse afectado en su integridad

(con aparición de grietas, fisuras, microfisuras,….).

Este problema puede quedar resuelto fácilmente mediante la colocación de geocompuesto de

drenaje, en las zonas donde haya o se prevean aportes elevados de agua, complementando al

geotextil del sistema de impermeabilización.

Los criterios para seleccionar un geocompuesto de drenaje adecuado para aplicación en túneles

serán:


Página: 19 de 29



o Flexibilidad

Capacidad para adaptarse a soportes irregulares (sostenimientos de túneles).

o Características Hidráulicas

Capacidad de drenaje. Sin presión y sometido a presión (kN/m2), sobre

soportes Rígido / Flexible preferentemente.

o Características Mecánicas

Comportamiento y resistencia del material frente a las cargas a las que va a

estar sometido.

o Durabilidad

Fluencia, es decir, el incremento de la deformación en el tiempo, cuando el

material está sometido a carga constante.

Comportamiento de los materiales a lo largo del tiempo, o cuando se instala

en ambientes agresivos, que puedan afectar a la capacidad de drenaje.

Preferiblemente se seleccionarán geodrenes con núcleo compresible, frente a núcleos rígidos

(hueveras, geomallas,…). Debido a que los drenes rígidos tienen baja deformabilidad al

someterlos a cargas, hasta que llegan al colapso. Su núcleo de drenaje tiene una disposición no

deformable ya sea mediante una lámina plegada, con nódulos, o una malla. La rotura del núcleo

del dren se produce por colapso frágil de la estructura, “no avisa”. Este fenómeno se ve

incrementado por el efecto de la fluencia, por lo que drenes que a corto plazo aguantan 400 kN/m2

de presión, colapsan a corto plazo (por el efecto fluencia) al estar sometidos únicamente a

presiones de 50 kN/m2.

Los geodrenes formados por núcleos compresibles o deformables, se comprimen bajo presión, a

diferencia de los rígidos, no tienen rotura frágil, sino que es la propia deformación del material la

que soporta las tensiones a las que se somete el dren.


Página: 20 de 29



7.1.3. Geomembranas de PVC o POLIOLEFINAS.

En este sistema de impermeabilización se emplearán geomembranas homogéneas sin armar,

hechas a partir de PVC (Cloruro de Polivinilo) o Poliolefinas, pudiendo ser las últimas del tipo

LLDPE (Polietileno Lineal) o VLDPE (Polietileno de muy baja densidad). Pertenecientes a la

familia de los termoplásticos, obtenidas por calandrado o extrusión, y de apariencia traslúcida,

opaca u opaca bicolor (con capa señalizadora).

Las dimensiones del rollo deberán ser, siempre que sea posible, de longitud similar al perímetro

del túnel a impermeabilizar y el ancho máximo, que permita en todo momento su adecuado

manejo. De forma que se reduzcan al mínimo el número de soldaduras realizadas en obra.

La comparación entre características técnicas de PVC y POLIOLEFINAS, y las mínimas

recomendadas por la norma UNE 104 424 para este tipo de aplicación, son las siguientes:

Característica Ud. Según

UNE 104 424 PVC POLIOLEFINAS

Espesor nominal mm > 2 2 2

Resistencia a tracción Mpa > 15 > 17 > 24

Alargamiento a rotura % > 300 > 300 > 700

Plegado a baja temperatura A –20º C Sin fisuras Sin fisuras Sin fisuras

Resistencia al desgarro N > 60 N > 60 > 84

Comportamiento al calor % < 2 - -

Envejecimiento térmico % < 1 - -

Resistencia a percusión Altura mm > 750 > 1100 > 3000 N (CBR)

Comportamiento al fuego - Autoextinguible - B1 / B2

Resistencia microorganismos - Resistente Resistente Resistente

Resistencia a raíces - Resistente Resistente Resistente

7.1.4. Juntas de compartimentación.

Las juntas de compartimentación y remate podrán

ser hechas a partir de PVC o PE. De forma y

dimensiones diferentes en función de los aportes

de agua que se prevean tener y según su

fabricante. A ser posible traslúcidas para favorecer

un mejor control de la termosoldadura sobre la

geomembrana.

Figura 3. Juntas Waterstop


Página: 21 de 29



Su función primordial es asegurar la estanqueidad en el inicio y final de los tramos

impermeabilizados. Así como generar una compartimentación de diferentes tramos a lo largo de la

longitud del túnel, acotándonos un posible punto de ruptura, razón que nos beneficiará en el caso

de ser necesarias labores de impermeabilización posteriores (reparaciones).

7.1.5. Dispositivos de inyección, drenaje e inspección.

Foto 6. Accesorios tipo Trumpett.

Los dispositivos de inyección, drenaje e

inspección se fabrican a partir de PVC o PE.

De forma y dimensiones diferentes en

función de su fabricante.

Estas piezas con forma de embudo y un tubo

estarán unidas por termosoldadura a la

membrana, para permitirnos en cualquier

momento tener acceso al trasdos del

hormigón de revestimiento.

7.1.6. Discos de PVC o PE.

Los discos de PVC o PE son utilizados para la fijación de la geomembrana al soporte.

Previamente serán fijados al soporte mediante fijación directa (clavo o, taco y tornillería), y

posteriormente la geomembrana será termosoldada a estos.

Los discos deben ser del mismo material que la geomembrana, pero menos resistencia a ruptura

que la geomembrana, a fin de evitar la ruptura de esta en el caso de generarse tensiones durante

el hormigonado del revestimiento.

Los discos deben presentar una superficie de entre 50 a 60 cm2 (de 8 a 9 cm de ∅), y una

superficie mínima de contacto con la membrana de 40 cm2.

7.1.7. Elementos de fijación: clavos y cartuchos de fulminante.

Los elementos de fijación actúan de forma temporal, ya que aguantarán el peso de la

impermeabilización fijada al soporte, únicamente, hasta que se realice el revestimiento de

hormigón definitivo.


Página: 22 de 29



Los clavos de fijación directa

generalmente tendrán una longitud de

entre 27 y 37 mm en función del tipo e

irregularidades que presente el

soporte. Empleándose para adaptar el

geotextil al contorno del túnel, y los

discos que suspenderán la

geomembrana.

Foto 7. Elementos de fijación.

Los cartuchos de fulminante se emplean con las herramientas de fijación directa para fijar los

clavos al soporte. Su potencia deberá estar de acuerdo con las resistencias del soporte donde

vamos a fijar.


Consistirá en la colocación de láminas cubriendo la totalidad de la sección. El recubrimiento

realizado será doble, mediante una lámina porosa para protección y captación de filtraciones,

situada en contacto con el sostenimiento, y una segunda lámina de impermeabilización

propiamente dicha de PVC o POLIOLEFINA (TPO) colocada a continuación.

7.2.1. Puesta en obra del geotextil.

Foto 8. Colocación de geotextil.

El geotextil será fijado al hormigón

proyectado del soporte por medio de clavos

de fijación directa con arandela. Serán

aplicados los clavos necesarios para

adaptarlo a la geometría del soporte.

Los paños serán colocados de manera

transversal al eje del túnel. Tras la aplicación

del primer paño, el segundo quedará

solapado sobre el anterior en 10 cm como

mínimo.


Página: 23 de 29



7.2.2. Puesta en obra de la geomembrana.

Previamente se colocarán los discos de PVC

o PE. La cantidad a aplicar tendrá una

densidad promedio de 1 a 2 uds/m2, siendo

mayor la densidad en la zona de clave, que

en los hastíales.

Foto 9. Colocación de discos.

Estas fijaciones están diseñadas para, por un lado resistir el propio peso del sistema de

impermeabilización, así como el peso de pequeñas bolsas de agua que eventualmente puedan

quedar retenidas; y por otro lado para que se suelten en caso de puesta en carga total de la

membrana durante el hormigonado del revestimiento, y que la membrana pueda desplazarse

solidariamente con las irregularidades del soporte.

No debe olvidarse que la fijación definitiva del sistema la lleva a cabo el propio anillo de

revestimiento.

La aplicación de la geomembrana se

efectuará colocando los paños

transversalmente al eje del túnel, sujetas a

los discos anteriormente colocados por

termofusión, con aire caliente y sometiendo a

presión.

La geomembrana deberá quedar sin tensión,

de manera que le permitirla soportar las

tensiones durante el hormigonado de

revestimiento.

Foto 10. Colocación de geomembrana.

La aplicación de los sucesivos paños se hará de manera similar, garantizando un solape entre

ellos de 8 centímetros. Para asegurar una buena ejecución de la soldadura posterior.


Página: 24 de 29



7.2.3. Soldaduras por termofusión.

Foto 11. Soldadura por Termofusión.

La técnica empleada es conocida como

soldadura doble por termofusión con canal

central para pruebas, mediante cuña o aire

caliente (superior a 400 ºC) y con presión

mediante rodillos para la obtención de junta

estanca. En las zonas particulares de remates

o detalles, donde técnicamente no es posible

realizar soldadura doble, se utilizará soldadura

en banda (sencilla) con un ancho mínimo de 4

centímetros.

Las soldaduras serán comprobadas

inyectando aire a presión por el canal

de pruebas, previamente cerrado en

sus extremos, a 2 Bar, durante 5

minutos, permitiendo durante el ensayo

una pérdida del 10%, debido a la

flexibilidad de la geomembrana.

Foto 12. Comprobación de soldadura

8. IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE CON GEOSINTÉTICOS EN TÚNELES. COLOCACIÓN EN LÁMINA VISTA.

Son aquellos trabajos, previstos o no, complementarios o de rehabilitación posterior, con el objeto

de captar y drenar las filtraciones de agua en el túnel.

La membrana impermeable se colocará en Lámina Vista, sobre revestimiento definitivo.


Los materiales utilizados en este tipo de impermeabilización pueden ser divididos en dos grupos:

• Principales:

o Geomembrana de Espuma de Polietileno (PE) Reticulado.

• Auxiliares:

o Parches de PE reticulado.

o Elementos de fijación: Espigas.


Página: 25 de 29



8.1.1. Geomembrana de espuma de PE reticulado.

En este sistema de impermeabilización se emplearán láminas de espuma de polietileno (PE)

reticulado, unida en una sus caras a una rafia de refuerzo, y en la otra cara a un film de protección.

Gracias a la estructura molecular de PE, la absorción de agua es prácticamente nula, evitándose

cualquier tipo de filtración. De manera que se puede drenar el agua, circulando entre el trasdós de

la lámina y el revestimiento. Siendo conducida hasta las canalizaciones o drenes al pie de los

hastíales.

Además, debido a su bajo coeficiente de conductividad térmica (en torno a 0,039 W/mºK)

proporciona un buen aislante térmico. Eficaz para prevenir la formación de hielos, en zonas

próximas a emboquilles de túneles de alta montaña.

Una de sus características más importantes a tener en cuenta a la hora de seleccionar la

membrana, debe ser su clasificación de reacción al fuego. Debiendo el conjunto de lámina, rafia

y film, alcanzar cuanto menos la EUROCLASE tipo Bs1d0, según norma UNE EN 13501-1:2002.

Dado que esta lámina quedará expuesta en el túnel, y estaría en contacto directo con un posible

incendio.

8.1.2. Parches de PE reticulado.

Los parches de PE reticulado, son piezas

circulares de unos 12 cm de Ø cortadas a

troquel de la misma geomembrana, que se

emplearán para tapar todos los elementos de

fijación que no queden cubiertos con los

solapes, o para reforzar el remate de

elementos salientes de anclaje de

instalaciones.

8.1.3. Elementos de fijación: Tacos o Espigas.

Como elementos de fijación se emplearán

fijaciones mecánicas aplicadas a tiro

mediante pistola Hilti DX (clavo tipo Hilti X-

SW30ZF37) y tacos espigas de polipropileno

alojadas en taladro de 8 Mm. de Ø (espiga

tipo Hilti ID2/4). Evitando así problemas de

oxidación y riesgos de desprendimiento.

Será imprescindible que las fijaciones estén

colocadas sobre un soporte resistente de

roca, hormigón o gunita. Caso de que el

soporte no ofrezca garatías de resistencia,

se deberá utilizar otro tipo de fijaciones.

Foto 13. Parches PE y espigas de fijación.


Página: 26 de 29




La aplicación del sistema podrá ser llevada a cabo en toda la longitud del túnel, o únicamente en

los tramos donde se hayan detectado filtraciones. Será conveniente en este segundo caso, iniciar

la colocación tres o cuatro metros antes de la zona donde se detectan las filtraciones,

especialmente en los túneles con pendiente longitudinal. La colocación de las láminas se efectuará

posicionando los paños transversalmente al eje del túnel. Generalmente aplicando primero una

media sección, desde clave hasta hastial. Y posteriormente completando con la media sección

opuesta.

Fuente: Manual de túneles y Obras Subterráneas. Ed. López Jimeno.

8.2.1 Puesta en obra de la geomembrana.

El fijado se hará sobre la membrana mediante el empleo de clavos y espigas, Con una densidad

media de 4 Ud/m2 (mayor densidad en clave y menor en hastíales), con el objeto de adaptarla

perfectamente al soporte, sin que queden bolsas o irregularidades. Y garantizando al mismo

tiempo su estabilidad, ya que esta fijación deberá ser definitiva y duradera en el tiempo.


Página: 27 de 29



Foto 14. Fijado de membrana.

Foto 15. Colocación de espigas de fijación.

Las siguientes láminas se colocarán empleando el mismo procedimiento, solapándolas con la

anterior 10 cms. E intentando cubrir la primera fila de los elementos de fijación de la lámina

anterior.

Finalmente se efectuarán las soldaduras de los solapes por termofusión, y se cubrirán todas las

fijaciones que no hayan quedado tapadas por los solapes, con parches del mismo material.

Foto 16. Soldadura de parches por termofusión.

Foto 17. Soldadura de solapes por termofusión.

8.2.2. Sellado de inicio y final de tramos impermeabilizados.

Como se ha indicado anteriormente, la lámina de impermeabilización está fijada por puntos mediante los

anclajes descritos, no estando adherida al soporte. El paso de vehículos, trenes,… provoca un efecto de

succión. Que sobre todo, incide en el inicio y final de cada tramo impermeabilizado. Pudiendo llegar a

romper o descolgar tramos de lámina.

En estos casos debe llevarse a cabo el sellado del inicio y final de cada tramo impermeabilizado.

Aplicando un perfil de remate conformado por chapa de aluminio de espesor 1,5 mm., con pliegue

longitudinal central al objeto de recibir y anclar la lámina. Fijado al soporte mediante doble costura


Página: 28 de 29



de anclajes; uno cogiendo chapa y lámina, y el otro solo chapa. Los anclajes serán del tipo Hilti

HRD cada 300 Mm., al tresbolillo. Y sellado con cordón de masilla de poliuretano tipo Sikaflex

11FC o similar.

Foto 18. Sellado de inicio y final de tramos.

8.2.3. Sellado de elementos pasantes de instalaciones.

Habrá ocasiones en que la lámina de impermeabilización deba perforarse, para llevar a cabo la

colocación de elementos pasantes que soportan las instalaciones del túnel (soportes luminarias,

bandejas de instalaciones, anclajes de ventiladores,…). Existen métodos para el sellado de dichos

elementos pasantes, que aunque no tienen una garantía total, evitarán en gran medida los

posibles goteos a través de ellos.

Para ello se empleará una pieza de lámina de refuerzo soldado a la lámina de impermeabilización

principal y rodeando el elemento pasante. También será conveniente aplicar en el contacto entre

elemento pasante y lámina de refuerzo una masilla adhesiva a base de poliuretano

monocomponente, de elasticidad permanente y polimerización acelerada del tipo Sikaflex 11FC o

similar.

Sellado de elementos pasantes.


Página: 29 de 29



9. BIBLIOGRAFÍA.

- ADUVIRE, OSVALDO (1997): Manual de Túneles y Obras Subterráneas. Cap. 16. Ed.

Carlos López Jimeno. Madrid.

- COMITÉ TÉCNICO AEN/CTN 104 (1994): Norma Española UNE 104 481.

Comprobación de la estanqueidad de las uniones entre láminas impermeabilizantes.

Ed. AENOR. Madrid.

- COMITÉ TÉCNICO AEN/CTN 104 (2000): Norma Española UNE 104 424. Sistemas

de impermeabilización de túneles y galerías con láminas termoplásticas prefabricadas

de PVC-P. Ed. AENOR. Madrid.

- JUSTO, JOAO LOURENÇO (1998): Manual do impermeabilidad em túneis. Sotecnisol,

Lda. Lisboa.

- JUSTO, JOAO LOURENÇO (2004): Instalaçao do sistema de impermeabilizaçao e

drenagem com geossintéticos em túneis em excavaçao. Tesis Doctoral. Lisboa.

- RIVAS DE LA RIEGA, JOSÉ LUIS (1998): Jornadas Técnicas SIKA “Túneles y Obras

Subterráneas”. Madrid.

- RIVAS DE LA RIEGA, JOSÉ LUIS (2000): Ingeotúneles. Libro 3. Cap. 11. Ed. Carlos

López Jimeno. Madrid.

- SIKA SCHWEIZ, AG Tunneling & Mining (2003): Documentación técnica y comercial:

“Tunnel Waterproofing”. Zürich.

I Encuentro La Tunelización del siglo XXI ETS Ingenieros...

Documents

Transcript of I Encuentro La Tunelización del siglo XXI ETS Ingenieros...