CASOS REALES DE ESTUDIO HIDROGEOLOGICOS APLICADOS A LOS TUNELES

Casos reales de estudio hidrogeológicos aplicadosa los túneles. Giovanni Ricci M.Sc., hidrogeólogo

Experiencia internacional en estudios hidrogeológicos para túnelesMedellín, 8 febrero 2013

CASOS REALES DE ESTUDIO HIDROGEOLOGICOS APLICADOS A LOS

TUNELES

Giovanni Ricci, M.Sc.Hidrogeólogo



Como parte de los proyectos de desarrollo más importantes de la red europea de ferrocarriles (TEN-T Trans-European Networks - Transport) el Grupo GEODATA está presente en el diseño y seguimiento de dos importantes túneles de base:

- Proyecto Torino-Lione- Proyecto Brennero BBT

En estos dos megaproyectos Geodata a realizado: Los estudios geológicos Los estudios hidrogeológicos La evaluación del impacto sobre

los recursos hídricos subterráneos y superficiales

Los estudio de mitigación y compensación de impactos sobre los recursos hídricos

Proyectos de corredores ferroviarios europeos corridoi Ferroviari Europei Stato di costruzioneTunnel progetto Torino-Lione

Tunnel del Brennero



En América del Sur, el Grupo Geodata forma parte del Consorcio Bioceánico Aconcagua encargado de la promoción del corredor férreo que conectará el Océano Pacifico con el Océano Atlántico. Este corredor incluye un túnel de base de 52 km de longitud.

Geodata participa en los estudios de ingeniería desde el inicio del Proyecto y entre otros temas se ha encargado de los estudios geológicos e hidrogeológicos del túnel de base.

Consorcio Bioceanico



TUNEL DE BASEActualmente, en el campo de la ingeniería de obras subterráneas, constituye uno de los proyectos más complejo y difíciles de ejecutar. El túnel de base sirve para cruzar grandes cadenas montañosas (como los Alpes o la cordillera de los Andes en inmediaciones del cerro Aconcagua).

Características de diseño:- Longitud mayor de 40 km- Coberturas entre 1000 – 2000 mCaracterísticas geológicas e hidrogeológicas:- Investigaciones geológicas complejas y costosas- Marco hidrogeológico difícil de evaluar en profundidad (dificultad ligada a coberturas

elevadas), se hace necesario abordar el problema con un enfoque de análisis de riesgos.Características ligadas a la interferencia entre el proyecto y la hidrogeología:- Complejidad en la cuantificación de los impactos en el túnel y en superficie- Necesidad de tomar decisiones de diseño que entre sistemas de impermeabilización y/o

drenantes (o parcialmente drenante).algunos ejemplos de la experiencia de GEODATA



Proyecto Ferroviario alta capacidad/alta velocidad Torino-LioneDatos Principales – Tunel De BaseLongitud: 52kmCobertura: >2500m Geología: rocas carbonaticas, dolomíticas, areniscas, esquistos Qzmicaceos, cuarcita, gneis y depósitos cuaternariosHidrogeología: acuífero por fracturación, altas cargas hidráulicas en zonas de falla, el agua presenta elevadas temperaturas y alta mineralizaciónCritico: posibles flujos elevados en los túneles, altas temperaturas, presencia de manantiales de uso público y privado.



Proyecto Ferroviario alta capacidad/alta velocidad Torino-Lione

Estudios hidrogeológicos: (periodo 2002-2004)• Pruebas de permeabilidad en los sondeos• Registro de temperatura y conductividad en los sondeos profundos (hasta 350 m)• Inventario y monitoreo de manantiales y aguas superficiales (caudal, Cond, Temp, pH)• Análisis químico del agua en los sondeos y en los manantiales

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Température (°C)

Cot

e N

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S4 1997aS4 1997bS4 1998S4 1999S23 1997S23 1999F16aF16 bF16cF16dF16eF16fF30aF30bF30CF30dF30eF30fF30gF30bis 1F30bis 2F30bis 3F30bis 4F30bis 5F30bis 6Etache aEtache bEtache cEtache d

S23

S4

SDE

SDE

SDE

S4

F16

F16




Estudios hidrogeológicos: (periodo 2002-2004)

• Pruebas de caudal en las aguas superficiales• Análisis del balance hidrogeológico• Modelación numérica aplicada en contextos específicos (p.e. Acceso Modane)




Diseño definitivo Túnel de Base (2010-2012)- Modelo hidrogeológico de referencia (complejos hidrogeológicos, clases de

permeabilidad, balance hidrogeológico) - Cuantificación de la interferencia sobre los manantiales (metodología DHI)

Risque de tarissement pour la Descenderie de St Martin de la Porte



Proyecto Ferroviario alta capacidad/alta velocidad Torino-LioneDiseño definitivo del Túnel de Base(2010-2012)- Perfil hidrogeológico con la previsión de las condiciones hidráulicas en el túnel- Túnel está dividido en dos sectores en relación con la carga hidráulica:

sector >10 bar y agua temperatura elevada / sector <10 bar

PERMEABILITA’ DELLA ROCCIA

TEMPERATURA DELL’ACQUA

25 30 35 40 45 45 40 35 3022 2025 15 15 15

Tratto impermeabilizzato

Pressione d’acqua < 10 bar

6 km 2 kmPossibile valorizzazione delle acque

Pressione d’acqua elevata, temperatura elevata

In territorio francese : 15 km 6 km (43%) (57%)




Sistema di impermeabilización

Impermeabilización en la bóveda con colectores separados

Impermeabilización total(full-round e inyecciones puntuales

Diseño definitivo del Túnel de Base(2010-2012)- Diseño de revestimiento con contramedidas de mitigación y compensación de los impactos- Sector >10 bar está parcialmente drenante y permite recolectar y valorizar las aguas- Sector <10 bar tiene impermeabilización total full-round



Proyecto Ferroviario BBT - Túnel de Base de BrenneroDATOS PRINCIPALES - TÚNEL DE BASELongitud: 55kmCobertura: >2500m Geología: Filitas, metabasitas, esquistos carbonáticos, cuarcitas, gneiss, granitos y depósitos cuaternarios.Hidrogeología: Acuífero por fracturación, elevada carga hidráulica en las zonas de fallas, agua con temperatura elevada y alta mineralización.Aspectos críticos: Grandes flujos dentro del túnel, temperaturas elevadas y alta mineralización, presencia de manantiales de uso privado y público, presencia de plantas termales.



Estudios hidrogeológicos (2006-2009):- Pruebas de permeabilidad en los sondeos- Análisis químico del agua de los manantiales

K≈10-7m/s

Proyecto Ferroviario BBT - Túnel de Base de Brennero



Estudios hidrogeológicos (2006-2009):- Inventario y monitoreo de manantiales y aguas superficiales (Caudal, Cond. Temp. pH)- Análisis de balance hídrico e hidrogeológico

Recharge Zone(Landslide area)

Discharge (glacial deposits)




Estudios hidrogeológicos (2006-2009):- Análisis de riesgos de interferencia con los

manantiales (metodo DHI)




Diseño definitivo del túnel de base- Modelo hidrogeológico de referencia (complejos hidrogeológicos, clases de permeabilidad,

balance hidrogeológico)- Perfil Hidrogeológico con cuantificación del caudal y de la carga hidraulica dentro del túnel




Estudios de Factibilidad del Corredor BioceánicoDATOS PRINCIPALES - TUNEL DE BASE Longitud: 52.5 km Cobertura: >2500m Geología: basamento granitoide y coberturas volcánicas permo-triásicas; una sucesión de intercalaciones de depósitos continentales y sedimentos marinos costeros y una sucesión vulcano-sedimentaria. Una sucesión volcánica y sedimentaria continental de cuerpos intrusivos y depósitos sinorogénicos.Hidrogeología: acuíferos por fracturación, elevado gradiente hidráulico en las zonas de fallas, agua alta temperaturas y mineralizaciones, agua termales.Aspectos críticos: se esperan grandes flujos de agua en el túnel, altas temperaturas y mineralizaciones, presencia de manantiales de uso privado y público, áreas termales (Puente de Inca)



Estudios hidrogeológicos (2009-2011):- Análisis de las cuencas hidrográficas y de la hidrografía superficial.- Inventario y monitoreo de manantiales y aguas superficiales (Caudal, Cond. Temp. pH)- Estudio de balance hidrogeológico

Manantial Termal Puente de Inca

Estudios de Factibilidad del Corredor Bioceánico



Estudios hidrogeológicos (2009-2011):- Análisis químico del agua en los sondeos y manantiales (incluidos isótopos O18-deut 2H)- Diferenciación de las facies químicas de los manantiales




Diseño del Túnel de Base - Modelo hidrogeológico de referencia (complejos hidrogeológicos , clases de permeabilidad,

balance hidrogeológico)- Valoración del riesgo de interferencia de los manantiales (metodología DHI)

Puente de l’Inca




Diseño del Túnel de Base - Cuantificación del caudal dentro del túnel. Caudales estabilizados (curva roja), caudales

transitorios (histograma), caudales máximos- Cálculo del caudal efectivo de acuerdo con la infiltración real

Caudal transitorio

Cau

dal t

rans

itorio

(m3 /s

)

Cau

dal e

stab

iliza

do (m

3 /s)Acceso tunnel Chile

2130m DH=310mAcceso tunnel Argentina2610m DH=500m

Portal Chile 1536 m Portal Argentina1536 m

Stima Q[m3/s] per i bacini idrologici I [mm] AREA (Km2) Q [m3/anno] Q [m3/s]

CRISTO REDENTOR EST 167 215 35855140 1,1 CRISTO REDENTOR OVEST 248 634 157133556 5,0

PUENTE DE L'INCA-1 7 344 2337753 0,07 PUENTE DE L'INCA-2 16 103 1633256 0,05




RESUMENEstudios hidrogeológicos para excavación de túneles: Se basan en el modelo geológico del cual deriva su grado de confiabilidad (muy importante) Están en función de las etapas de diseño (pre-factibilidad, factibilidad, diseño definitivo) Las investigaciones en el terreno se dividen en:

o Estudios de las fuentes hídricas superficiales presentes en la zona de influencia, con el objeto de valorar antes del inicio de la construcción el estado de los recursos hídricos.

Caracterización físico-química de los manantiales, aguas superficiales, áreas de interés hidrogeológico particular (zonas termales)

Análisis del uso de los recursos hídricos (agrícola, privado, acueductos, etc..) o Estudios de las características hidrogeológicas profundas

Parámetros hidrodinámicos de los terrenos y de la roca del proyecto (pruebas de permeabilidad), con el objeto de determinar los valores en función del estado del macizo rocoso (masivo, poco fracturado hasta muy fracturado)

Valoración de la carga hidráulica y su variabilidad (monitoreo piezométrico)



Resultados de los estudios Obtener un conocimiento detallado de los puntos de agua presentes en la zona de

influencia del proyecto en términos de calidad y cantidad antes de la construcción del túnel.o Para proveer indicaciones útiles acerca del cuadro hidrogeológico del proyectoo Como evidencia ante eventuales reclamaciones

Definir el modelo hidrogeológico de referencia del túnel para proveer al proyectistao Caudales esperados en fase de excavación y estabilizados a largo plazoo Tipos de agua esperada (caliente, agresiva, etc.)o Cuantificación de la carga hidráulica para diseñar las características del revestimiento

En función de estos factores y de las características constructivas del túnel se valora la probabilidad de interferencia entre el túnel y las fuentes hídricas superficiales.

Un análisis de riesgos (valoración de los potenciales impactos sobre los recursos hídricos y su probabilidad de ocurrencia) determina la elección de diseño a adoptar que puede actuar en sobre dos frentes:o En superficie con obras de compensación o sustitución de recursos afectadoso En el túnel con introducción de alternativas de diseño (si es posible) tendientes a mitigar

o anular la probabilidad de interferencia con la superficie (p.e. revestimiento impermeable full round, inyecciones de impermeabilización, recolección y valorización de las fuentes drenadas)

RESUMEN



Gracias por su attencion !

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