Slides karst-problematica

El karst y los túnelesIntroducción a la problemática general

Rafael Jiménez

[email protected]

Universidad Politécnica de Madrid

Fallas y túneles – p.1/28

El karst y los túneles: Contenidos

Motivación

Caracterización geológica

¿Qué es el karst?

Técnicas de reconocimiento

Dificultades asociadas al karst

Posibles actuaciones


¿Qué es el karst?

Producto de la disolución de la roca;

Frecuente en calizas, dolomías, yeso/anhidrita

Posible en mármol, cuarcita, sales

Reacción química; e.g., para caliza:

CaCO3 +H2O+ CO2 ⇆ Ca++

+ 2HCO−

3

Favorecida por Ta, H2O, ácido

Dos zonas, según el N.F.

Zona vadosa (sobre el N.F.)

Zona freática (bajo el N.F.)


Particularidades de formaciones kársticas

Altos coeficientes de infiltración

Alta permeabilidad, incluso a gran prufundidad

Posibilidad de acuíferos muy extensos


Procesos de formación del karst

Goodman, 1989


Formación de karst en yesos

Formación del Karst de yesos de Sorbas (Almería)


Identificación de karst medianteobservación superficial

Dolinas y sumideros

Zonas sin drenaje o con drenaje poco desarrollado

Paisaje ondulado


Dolinas superficiales

Cooper, 2011


Karst en Yesos de Sorbas (Almería)


Dolina Sumidero

Karst en Yesos de Sorbas (Almería)


Poljes y drenaje poco desarrollado

Zafarraya, Granada Fallas y túneles – p.11/28

Fiabilidad de métodos para identificar el Karstterrain (in Thomas and Roth, 1999)

Method Reliability associated with

finding existing sinkholes

Reliability associated with

finding subsurface voids

Borings/air track drilling/cone

penetrometer

NA (not applicable)

Poor to very good

Area reconnaissance Good to very good Poor

Review of existing mapping Fair to good Poor to fair

Review of aerial photographs Fair to very good Poor

Resistivity survey NA Poor to fair

Seismic refraction survey NA Poor

Electromagnetic survey NA Poor to fair

Ground penetrating radar NA Poor to fair

Trenching NA Fair to good

Microgravity survey NA Poor to fair

Video televiewer NA Fair to good

Borehole to borehole tests/

tomography

NA

Fair to very good

Thomas y Roth, 1999


Geofísica para identificar Karst

Terrón Almenara, 2014


Geofísica para identificar Karst

Tomografía eléctrica


Túnel en un nivel no-kárstico

(Marinos ,2006)


Túnel en un nivel kárstico

(Marinos ,2006)Fallas y túneles – p.15/28

Enfoques de proyecto

Marinos, 2001Fallas y túneles – p.16/28

Riesgos principales

Irrupción brusca de material (relleno kárstico)

“Taponazo” brusco, o flujo excesivo de agua∗

Importancia de sondeos en avance

Otras dificultades constructivas:

Frente no-homogéneo

Cruce de cavernas; fallos de apoyo

Problemas con bulones y voladuras

Lixiviación de material (v. túnel de El Regajal)

Recristalización de sales (v. túnel de Lilla)

Afecciones medioambientales


Posibilidad de lixiviación∗

Principalmente en rocas yesíferas (más solubles)

Milanovic, 2000


Entrada brusca de material

Fallo en frente y chimenea asociada; túnel de Dodoni (Marinos, 2001)


Condiciones heterogéneas y colapsos del frente

Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013)


Condiciones heterogéneas y colapsos del frente

Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013)Fallas y túneles – p.20/28

Presencia de huecos

Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013)Fallas y túneles – p.21/28

Cavernas con desarrollo vertical

Túnel de Jeresa (Intecsa-Inarsa; cortesía F. Román)Fallas y túneles – p.22/28

Cavernas con desarrollo vertical

Túnel de Jeresa (Intecsa-Inarsa)


Algunas actuaciones frente al karst

Sondear en avance! (crucial en túneles profundos y/o

karst desarrollados)

Túnel piloto; o avance y destroza

Permite anticipar los posibles problemas

Puede usarse el método Bernold o NMA

Sostenimiento rígido (evitar apertura de juntas)

Posibles dificultades de anclaje de bulones ⇒ comprobar

Impermeabilizar; drenar

Rellenar huecos


Construcción con método Bernold

Túnel de Jeresa (Foto: M. Romana)


Construcción con método Bernold

Túnel de Gavarres (Alija et al., 2013)


Resumen de tratamientos en túnel de Gavarres

Case Type Description Pre-support

treatment

Improvement

treatment

1 Site with good

geotechnical

characteristics

Slightly karstified

limestone massif.

Small cavities

b> Fill cavity with

gunite. Use of

Bernold sheets

2 Site with good

regular

geotechnical

characteristics

Massif with little

karstification,

with cavities of

certain body

(filled or not)

Light bolt

umbrella

Fixing and filling

the cavities with

gunite or lean

concrete.

3 Site with

regular

geotechnical

characteristics

Moderately

karstified massif.

Frequent large

cavities. Frequent

landslides.

Micropile

umbrellas of 90,

12 m long and

spaced 40 cm

from the axis and

with an overlap of

3 m (phase 1)

b>

4 Site with

regular poor

geotechnical

characteristics

Moderately

karstified massif

with located

detachments and

soils flows in

favour of cavities

between

micropiles

Micropile

umbrellas of 90,

12 m long and

spaced 25 cm

from the axis and

with an overlap of

3 m (phase 2)

b>

5 Site with poor Very weathered Micropile Injection of groutAlija et al., 2013 Fallas y túneles – p.25/28

Resumen de tratamientos en túnel de Gavarres5 Site with poor

geotechnical

characteristics

Very weathered

massif. Unstable

ground and

loosely cohesive

with significant

landslides.

Micropile

umbrellas of 90,

12 m long and

spaced 25 cm

from the axis and

with an overlap of

3 m (phase 2)

Injection of grout

or mortar through

the values of the

micropiles of

phase 2 (armed

injection)

6 Site with very

poor

geotechnical

characteristics

Very karstified

massif. Highly

unstable and

unsafe terrain.

Ineffectiveness of

the pre-support

treatments.

b> Injection of high

cohesion products

or soil

improvement by

replacement (jet

grouting)

7 Empty

cavities and

Landslides

Detection of areas

with cavities,

cavities generated

by landslides or

fallen debris

produced by

landslides

b> Consolidation

injections and

filling cavities. Use

of lean concrete,

mortar, synthetic

resins or grout.

Alija et al., 2013 Fallas y túneles – p.25/28

Otras posibles soluciones para túneles en karst

Marinos, 2001Fallas y túneles – p.26/28

Otras posibles soluciones para túneles en karst

Marinos, 2001


Soluciones pilotadas

Túnel de El Regajal: Se pilotaron unos 80 m de túnel en zona susceptible de lixiviación.

Pilotes armados a tracción, con fibra de vidrio, por posible expansividad y agua selenitosa.

Filas de 3 pilotes de φ = 1.20m separadas 2.50m entre ejes. Pilotes empotrados en

halita sana; Lmed ≈ 17.5m. (González Aleñar, 2011)Fallas y túneles – p.27/28

Resumen de actuaciones principales (Basado en Marinos, 2006)

Frente a huecos y cavernas

Huecos vacíos:

puentear; rellenar

Huecos rellenos de material débil:

Mejorar el relleno;

Paraguas de micropilotes

Sostenimiento del frente

Frente al agua subterránea ⇒ iIdentificarla!

Drenaje: Reducir la presión y caudal

Impermeabilización:

Principalmente inyecciones

Otras técnicas (e.g., congelación) problemáticas con huecos abiertos


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