Condiciones de Agua en Obra Subterranea
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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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