Clase4_Tuneles_Drenaje

8/12/2019 Clase4_Tuneles_Drenaje

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Universidad de Los Andes

Facultad de IngenieraDepartamento de VasGeotecnia

Prof. Silvio Rojas

Mayo , 2009

CLASE N 4 DE TNELES


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Drenaje en tneles:

Superficie ser uniforme para cuando se aplica el

concreto lanzado, reduciendo los costos de instalaciny proporcionando un grado de impermeabilidad mayor.

TENAX MDP, especificadopara interceptar y drenarel flujo de agua. inclusivecuando es a presin

Manto drenantecolocado sobre elconcreto proyectado

Andam

io


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Ventajas de la capa drenante (Casa comercial):

Un espesor constante en el acabado de estructuras de concretoreforzado

Cargas uniformemente distribuidas ???

ndice de flujo hidrulico constante a largo plazo

Reduccin del esfuerzo cortante que pudiera sobre esforzar a laestructura. ???

Limitada transmisin de carga (inclusive bajo cargas dinmicas)que pueden ser causadas por asentamientos y/o deformaciones de

reas circunvecinas. (el geocompuesto acta como un elementosemiflexible colocado entre la superficial natural y la estructurafinal).

Si se prev la necesidad de una capa impermeable adicional, elgeocompuesto TENAX MDP la proteger del punzonamientoprovocado por roca, daos causados por microorganismos y porsuelos particularmente corrosivos, conservando el acabado de la

estructura de una rpida degradacin.


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Geocompuestos TENAX MDP

El Geocompuesto TENAX MDP es una combinacin de una geomembranacuspada y un geotextil.Esta combinacin que tiene alta capacidad drenante y filtrante, ofrece unsistema completo de drenaje y proteccin adems de dar la condicin deimpermeabilizacin.

Geomenbrana (impermeable)

Geotextil (filtrante)


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La gran resistencia de la comprensin

Transmibilidad hidralica elevad

geocompuestos TENAX constituyen un sistema filtro-dreno-protectivo degran eficiencia de mnimo estorbo y fcil instalacin.

Los geocompuestos

TENAX.capacidad elevada detransporte del agua hastael sistema de evacuacincolocado en la base de lapared

proteccin mecnicaefectiva de lageomembrana

impermeable.


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Stefan Lemke, Jos Luis Enciso y Alberto Rey de Sika

Congreso Nacional de Impermeabilizacin: Edificacin y Obra Civil.

Comentarios:Los tneles se disean y construyen en la actualidad para un periodo deservicio de hasta 100 aos

La ubicacin del tnel respecto al nivel fretico determine lasespecificaciones para su ejecucin.

El funcionamiento ptimo del sellado se presenta como un factor crtico enel caso de tneles con trfico, ante la dificultad adicional que presentanfrente a las labores de reparacin debidas a daos producidos por el agua,especialmente en zonas de presin de agua.

El revestimiento de tneles que se encuentren por debajo del nivel fretico

no debe sufrir daos ocasionados por el agua.


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Fig.1.- Sistemaparaguas incluyendosistema de drenajes.

Los tneles drenados recogen el aguainfiltrada a travs de drenajes en lasolera o pies de hastial aliviando laestructura del tnel

1 Colector principal4: Colector para drenaje de la pared

11: Colector de drenaje del paviment

2: Base de grava triturada

3: Material de relleno

5: Concreto proyectado11

7: Impermeabilizante o

geocompuesto.10: Concreto de revestimientodefinitivo y losa de concreto delpavimento

9: Concreto aceras y de base de la losa.

El agua infiltrada absorbey transporta materiales

solubles al atravesar elmaterial de los hastiales yel propio hormignproyectado.


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Impermeabilizacin:

Geomenbrana + geotextilColocacin:

soldadura + fijacin + capade proteccin + discos, cintas

PVC, etc.

Hormign proyectado

Anillo de revestimiento

Inyeccin ( en contactocon geomenbranacolocadas contrapresiones de agua)

hormign proyectado es elsostenimiento PRIMARIOdurante las labores deavance.

En el sostenimiento seemplean:

Cerchas metlicasMalla de acero

Bulones

hormign proyectado.


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Este hormign proyectado debe presentar una superficie adecuada parapreservar la integridad de la capa drenante y de la geomenbrana

En el caso de tneles de doble revestimiento con lminas, la ltimacapa de hormign proyectado no requerira acondicionar con hormignproyectado adicional la superficie, para lograr una fijacin adecuada

entre el geotextil y la lmina. (s.r las inyecciones corrigirn sto)


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s.r

1: Colector de los hastales ycolector principal

3: Primera capa de concretoproyectado

4: Geotextil

5: Geomenbrana

8: Segunda capa de concreto(s.r).

2: Grava triturada

7: Geotextil

8


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La superficie de hormign proyectado debe satisfacer estos criteriospara la colocacin de lminas:

Irregularidades de pequea escala deben tener un radio mayor de 300 mm

El hormign proyectado debe estar fraguado con un espesor de capamnimo de 5 cm

El malla metlica estructural, bulones, cabezas de anclaje, etc. deben estarrecubiertos al menos por 5 cm de hormign proyectado

Las esquinas y los lmites deben estar redondeados

Emplear ridos rodados (no de machaqueo)

Tamao mximo del rido debe ser 8 mm

se recomienda emplear acelerantes de fraguado libres de lcali. El Na2Oequivalente en acelerantes libres de lcali debe ser menor del 1%


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CONCEPTO DE SELLADO DE UN TNEL

TNELES SIN DRENAJE PERMANENTE (SELLADO EN TODO ELPERMETRO DEL TNEL CON PRESIN DE AGUA)

En tneles no drenados bajopresiones de agua en los que el

sostenimiento se realizaempleando hormign proyectado,las lminas se colocan entre elhormign proyectado y el anillode revestimiento.

altas presiones deagua, que

incrementan losrequerimientos deresistencia para elrevestimiento.

Drenaje permanente no es necesarioen un tnel construido para soportarpresiones de agua.

s.r construidos para soportar presiones de agua desde el exterior

s.r Carga de agua que debesoportar el revestimiento


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El diseo impermeable, puede ser:-

Una lmina en todoel permetro del

tnel

Doble lminaen todo el

permetro deltnel

Una lmina entodo el permetro

del tnelcombinada conuna anillo derevestimientoimpermeable

tneles excavados a seccin completacon TBMs, se coloca una nica lminaentre las dovelas de hormignprefabricadas y el anillo de revestimiento,recubriendo as todo el permetro de losmismos.

?? Dovelas yason elrevestimiento

definitivo


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Se debe disponer puntos de bombeo

cada 100 m aproximadamente, paraposibilitar el bombeo durante laconstruccin,

Los conductos metlicos trabajan de

forma combinada con el sistema deimpermeabilizacin de la soleraconectndose al mismo.

Funciona como undrenaje provisional bajola solera, quepermanecer en servicio

despus de lacolocacin de la lminay del anillo derevestimiento paramantener seca el rea

de trabajo.


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No importante: Otras tecnicas y chequeos

En Francia se ha desarrollado otro sistema de deteccin de daos conlminas translucidas, capaz de permitir la inspeccin total de la superficiedetrs de la lmina, y el empleo de agua coloreada durante los ensayos desoldadura para encontrar fallos en la misma.

Los argumentos en contra de este sistema, seran por un lado, que el usode geotextiles como proteccin recomendada entre el terreno y la propialmina limita las posibilidades de inspeccin de hormign proyectado, y porotro, la falta de capa de color para detectar los daos. Asimismo, el empleode agua en los ensayos de soldadura de la lmina es ms caro que el aire,

obteniendo una interpretacin similar de la calidad del trabajo (6).


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Otra lmina paraproteger lmina deimpermeabilizacincontra los daos quese pueden producircon el transito y elresto de las labores.

Lmina de 3 mm paratneles con presin deagua

2 mm para tneles sinpresin

Espesor de la lminaLa mayora de Normas en Europa:

Lmina de impermeabilizacin dispone de una capa de otro color parafacilitar la deteccin de los daos de la lmina, antes o despus de sucolocacin.


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Cintas PVC

En cada compartimiento se debe instalar una Cinta PVC (600 mm de anchocon 6 ribetes y conductos de inyeccin), con el objetivo de limitar laposibilidad de entrada de agua al mismo evitando as afectar a centenares demetros del tnel.

Las Cintas PVC se sueldan con la propia lmina.

Un parmetro importante para la eficacia de las Cintas PVC es la completaintegracin de los ribetes en el hormign (especialmente en corona).

Se colocan Cintas PVC que permiten la inyeccin posterior, posibilitando as,el relleno de las cavidades entre la Cinta PVC y el hormign.

Para proteger la lmina se disponen las Cintas PVC en la misma posicin quelas juntas del hormign de revestimiento, formando as un sistema adicional

de sellado con la estructura de hormign de revestimiento.


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InyeccionesSe disponen instalaciones para una posibleinyeccin posterior.

Objetivo de rellenar la junta de contacto entrela lmina y el anillo de revestimiento dehormign en el caso de que se detecte un fallo

en la superficie de sellado.


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DRENAJE PARCIAL

El drenaje parcial se aplica cuando el agua acumulada no puede extraersesin ayuda de bombas en los siguientes casos (5):

Tneles que retienen agua y tienen restricciones de presin de agua Elagua en un tnel se alivia hasta una presin determinada..

Tnelesdrenadossujetos apequeas

presioneslocales debidasa obstruccionesen el flujo delagua.


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TNELES DRENADOS

Un relleno puede reducir

pequeas filtraciones en eltnel durante la ejecucin.

posiblemente slo un tneldrenado puede cumplir losrequerimientos

En el caso de columnas deagua elevadas conpresiones de aguaasociadas importantes

La evacuacin de filtracionesse debe garantizar para toda lavida de servicio

la bveda del tnel no precisaraestar diseada para soportarpresiones de agua


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ESPECIFICACIONES PARA LMINAS

Rigidez, flexibilidad y soldadura

La soldadura para mantener la continuidad de la superficie deimpermeabilizacin.

Un defecto en la soldadura provocara una filtracin en el tnel con resultadosfatales en el caso de condiciones con presin de agua.

La flexibilidad relacionado con el mdulo Mdulo de Elasticidad

Para PVC-P flexible ser 30 N/mm2 = 300 kg/cm2FPO rgido 100 N/mm2 = 1000 kg/cm2


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Resistencia a traccin y alargamiento

Especificaciones recomendadas para el alargamiento en la rotura:

PVC-P > 12 N/mm2 (250 %) y para TPO > 15 N/mm2 (500 %), lo quegarantiza un mnimo de resistencia mecnica para su aplicacin.

Para la interpretacin del comportamiento del material y su uso en el campode los tneles, se recomienda ensayar el alargamiento biaxial (biaxial burstpressure test) del material de acuerdo con la Norma FET 365 (NormativaAustriaca).

La posibilidad de alargamiento biaxial para puentear fisuras o roturas es lamayor ventaja de las lminas plsticas de sellado.

En este sentido, la elasticidad del material es importante, especialmenteen el caso de movimientos durante las fases constructivas por cambios detemperatura o cargas dinmicas.


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Resistencia al fuego

En trabajos subterrneos o zonas cerradas se precisa un mnimo de retardoen la aparicin de llama ante la posibilidad de que se presente unacombustin accidental durante la colocacin.

El retraso en la llama es slo necesario durante la colocacin y no tieneinfluencia una vez concluido el anillo de hormign de revestimiento.

Conforme a la normativa suiza y austriaca, la lmina debe ser auto-extinguible.

El TPO se puede formular con aditivos apropiados para el retraso de lallama.

De forma adicional a la mayora de las normativas internacionales, la Norma

SIA V 280 presenta una clasificacin de comportamiento frente al humo.

La intensidad del humo es un factor clave en caso de rescates deemergencia.


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Fijacin de las lminas

Se colocan discos en la superficie de hormign proyectado para permitir unsoporte adecuado y un acoplamiento robusto en toda la superficieproyectada.

La lmina de impermeabilizacin se coloca con una holgura suficiente para

prevenir sobretensiones durante el hormigonado.

Se han desarrollado nuevos sistemas de colocacin, como por ejemplo elsistema de colocacin rpido con Velcro, el sistema de soldadura caliente,el sistema de aire caliente, etc., que permiten junto con los carros de

colocacin automtica fijar lminas de 4 m de ancho reduciendo as loscordones de soldadura y aumentando la calidad final.


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GeotextilesDado que las lminas son sensibles a los daos mecnicos, se debe

colocar un geotextil entre el terreno y la propia lmina para proteger a estaltima.

El geotextil crea una superficie de deslizamiento para la lmina con elobjetivo de evitar esfuerzos en la misma y permitir movimientos de la

estructura de hormign causados por temperatura, asientos, cargasdinmicas, etc. evitando as tambin pequeas fisuras en el anillo dehormign.

El geotextil debe ser suficientemente robusto de modo que no quede tenso

reducindose localmente su seccin durante la colocacin debido alhormigonado del anillo de revestimiento.

El geotextil no tiene una funcin de drenaje ??????. Por lo que no sernnecesarios requerimientos relativos a la capacidad en el plano. Debe

presentar una resistencia suficiente a los cidos y los productos alcalinos.En el pasado era habitual colocar geotextiles con una masa de 500 g/m.

Las nuevas recomendaciones: colocar un geotextil no tejido de polipropilenocon un 1% de materiales sintticos y una masa de 500 g/m 1.000 g/m en

funcin del terreno. Por otro lado, el ajuste y consecuentemente el espacioentre la lmina y el hormign proyectado debe ser lo ms reducido posible.


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Hormign

La mayor parte de los tneles se revisten con hormign armado bombeado.

La colocacin del anillo:

Dos etapas:

Hormigonado de la solera en tramos de 10 a 12 m y espesor 45 a 65 cmHormigonado de la bveda, en tramos entre 10 y 12 m y espesor 35 a 60

cm.

Principalmente las zonas daadas se detectan en la corona y en las zonasde juntas. La lmina puede sufrir esfuerzos importantes debido al hormignde la bveda.

Para prevenir reas defectuosas en el anillo de hormign, se rellenan lasfisuras en la corona una vez finalizado el hormigonado de revestimiento,empleando por ejemplo inyecciones de lechada de cemento a travs deconductos previamente dispuestos en la lmina.


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5.- BIBLIOGRAFA

1.- HAACKFurther Developments in Sealing Tunnels constructed by Mining Means, In: tunnel3/2005, S. 16-22 (2005)

2.- BAUMANN

Drainage Pipes in Tunnelling. In: tunnel 5/2003, S. 38-41 (2003)

3.- BACCHELLIBest material for lining tunnels. In: Tunnels & Tunnelling International, May 2000, S.46-48 (2000)

4.- LEMKE/BRACHER/KLAPPERICHTunnel under difficult conditions - waterproofing systems. In: Verffentlichungen desInstituts fr Geotechnik der Technischen Universitt Bergakademie Freiberg, Heft2005-1, Review 2004 - Research Reports- Invited Lectures Geotechnical Seminar,S. 325-333 (2005)

5.- CHABOTDraining underground Tunnels, In: tunnel 2/2002, S. 18-24 (2002)

6.- STUVAUntersuchung der Mglichkeit zur Nahtprfung bei einlagigenKunststoffabdichtungen im Tunnelbau, In: STUVA Forschungsbericht, 12/79 (1979)


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7.- KOMMA Recognitions from the new Cologne-Rhine/Main Rail Rout. In: tunnel8/2001, S. 57-59 (2001)

8.- KIRSCHKEFortschritte und Fehlentwicklungen bei der Tunnelentwsserung. In: geotechnik 24,Nr. 1, S.42-50 (2001)

9.- FLELER/FARSHAD/LWE/KRAMER/BHNI/ZWICKYNew evaluation procedure of the waterproofing systems for the Swiss Alpine basetunnels. In: (Re) Claiming the Underground Space, Saveur (ed.), 2003, Swets &Zeitlinger, Lisse, S. 441-447 (2003)

10.- BRUMMERMANN/SCHLTTER/BEYER

Topical Developments to improve geotextile protection layers for geomembranesealing in tunnel construction. In: 6. Informations- und Vortragstagung berKunststoffe in der Geotechnik", Sonderheft 1999 (1999)


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Material Romana:

Categoras de estanqueidad de revestimientos de tneles (Haack, 1986):Clase Propsito Caractersticas Infiltracin

(lts/da/m2)

Goteo(gotas/mn/m

2)

I Almacenamiento Absolutamentesecos

0.01 0.15

II Evitar heladas Seco 0.05 0.70

III En zonas sinheladas

Humedad capilar 0.1 1.50

IV Servicios pblicos Goteos aislados 0.2 3

V Alcantarillado Goteo general 0.5 7

Un mililitro = 20 gotas Las filtraciones son a travs de los revestimientos

de tneles terminado.


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Problemas causados por el hielo en tneles Noriegos, Pedersen (1984):

Formacin dehielo en techo,que cae alsubir la

temperatura

Congelacin de losdrenes

Hielo encalzada

Levantamientodel pavimento

Daos ailuminacin

Solucin:

Colocacin de revestimientoprefabricado separado de lasparedes del tnel.


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Otras recomendaciones en tneles ferroviarios:

Parabrisas de los trenes deben ser blindados

Disear tneles en alta montaa para la categora II de HaacK

Los caudales durante la construccin pueden ser muy grandes:

Infiltraciones previstas durante la construccin de los tneles delproyecto Lesotho (dimetro = 5.1 m y L = 12.85 KM)

Estructura geolgica Infiltracin lts/m2/da

Arenisca 5 a 27

Contactos arenisca Basaltos 53 a 160

Cruces bajo ros (en 10 m) 1600

Zonas tectonizadas 265 a 1325

En la construccin en algunos tramos los caudales fueron 4036 lts/m2/da


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En Suecia para limitar subsidencias en tneles construidos en arcillanormalmente consolidada, limitan las filtraciones hacia el tneles

construidos en rocas igneas subyacentes a capas de arcilla a:2 lts/min = 2.6 lts/da/m2 para 100 m de tnel de saneamiento(alcantarillado) de 9.6 m2. Este valor est muy por encima de la clase V deHaacK.

6 lts/min = 0.3 lts/da/m2 para 100 m de tnel ferroviario de 9.1 m2 dedimetro. Por encima de la clase IV de Haack.

Nota:

Los tneles para comunicaciones

deberan disearse dentro de lascategoras III Y IV


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Daos que pueden causar el agua en los tneles

TNELES FERROVIARIOS TNELES CARRETEROS

Daos a la infraestructura Daos a tneles carreteros

Arrastres de finos/disolucin concreacin de huecos entrerevestimiento y terreno

Arrastres de finos/disolucin concreacin de huecos entrerevestimiento y terreno

Degradacin de los materiales delrevestimiento Degradacin del revestimiento dehormign con arrastre de cal.

Alteracin de ligantes de fbricas

Contaminacin del balasto. Colmatacin de los sistemas dedrenaje por precipitacin de la calarrastrada por el agua.

Deterioro grave del pavimento.


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Daos a instalaciones Daos a instalaciones

Daos en la lnea area A iluminacinDeterioro de carriles A lneas de comunicacin

Averas en la sealizacin y

comunicacionesDeterioro en las lneas dedistribucin elctrica

Suciedades

Entradas de agua

Daos a viajeros (afecciones) Daos a viajeros

Goteras Goteos sobre coches

Humedades en pavimentos humedades de pavimento

Humedades en revestimientos Deterioro del revestimiento


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Valores del parmetro agua en la clasificacin CEDTES, SAUREZ YAsensio (1988).

Permite tomar decisiones de reparacin para tratar las filtraciones o el drenajeen diferentes tiempos.

Estado Valor Filtracin(lts/seg)

Valor Drenajeplataforma

Valor

Seco 5

Hmedo 15 0 2.5 5 Bueno 0

Goteo 30 2.5 5 11 Deficiente 40

LLuvia 50 > 5 33 Nulo 50

Tipo de actuacin

TIPO DE ACTUACIN ESTADO+FILTRACIN

DRENAJE

A largo plazo 0 20 0 12

A medio plazo 21 49 13 29

A corto plazo 50 - 83 30 - 50

El drenajees lo ms

exigente


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Tnel FEVE en Florida, Rusturia y Fernandez (1988):

En algunos tramos el concreto se ha convertido en una pasta sinresistencia, desprendindose del techo y paredes. Esto lo a generado lasfiltraciones hacia el tnel.

El PH normal del agua PH = 7, llega a valores entre 2.5 y 4.

Las aguas no contienen sulfuros ni sulfatos pero si un porcentajeimportante de anhdrido carbnico libre, agresivo a la cal.

Se debe a:

La acidez del agua se debe a la presencia de terrenos silceos (cido

silceo), bosques y prados (cido hmico) y a una fotosntesis delanhdrido carbnico reducida.

La reparacin consisti de un nuevo revestimiento separado del anteriorpor una impermeabilizacin.


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En algunos casos las filtraciones son favorables para disminuir latemperatura dentro del tnel:

Cuando la temperatura interior sube debido a gradientegeotrmicos y por circulacin de trenes, que pueden superar los35. En estos casos adems de las entradas de aire y de la extraccin

del aire caliente, las filtraciones sern un sistema de refrigeracinnatural.

Ejemplo:

Tnel ferroviario en Madrid de 5 Km y 400 m de recubrimiento (1995)

Area total del revestimiento 180.000 m2

Se espera un incremento de temperatura de 10 a 12 por gradientegeotrmico y la circulacin de los trenes.

Se espera filtraciones de 18 a 36 m3/ da (estanqueidad clase III a IVde HaacK)

No es razonable proyectar el tnel en forma estanca.

Gradiente geotrmico es la variacin de temperatura, es decir gradientetrmico, que se produce en el material de un planeta rocoso (de ah elprefijo GEO) cuando se avanza desde la superficie hacia el centro por un

radio de su esfera, esto es, avanzando perpendicularmente desde lasuperficie del planeta hacia su interior.


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Valores standards de impermeabilizacin y drenaje de tneles enAustria

Capa Tneles CavernasSostenimiento N.M.A N.M.A

Drenaje con geotextiles 500 grs/m2 750 grs/m2

Impermeabilizacin del PVC 1.5 mm 2 mm

Revestimiento con hormign en masa 250 mm 350 mm

Los siguientes valores corresponden a determinado geotextil elegidopara determinadas condiciones, especialmente la transmisividad.

Resistencia a la rotura > 10 KNm Alargamiento en rotura > 20%

Resistencia a punzonamiento < 15 mm

Transmisividad (bajo 200 Kpa) > 10-4

m2seg Prdidas de resistencia

Frente a rayos UV < 5%

Frente a plastificantes < 20%

Frente a agentes biolgicos < 5%


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