Drenaje en Tuneles, metodos de drenaje en tuneles

DRENAJE EN TUNELES

1. INTRODUCCIÓN

2. VISIÓN GLOBAL DEL DRENAJE DE TÚNELES

3. ESTUDIO DEL DRENAJE DEL TÚNEL DURANTE EL PROYECTO

4. ESTUDIOS GEOLÓGICO, GEOTÉCNICO E HIDROGEOLÓGICO DEL TÚNEl

4.1.-Estimación de caudales de agua infiltrada en los túneles

4.1.1.- Método de Hvorslev 4.1.2.- Método de Goodman

4.1.3.-

5. CONSIDERACION DEL EFECTO DE LOS TUNELES EN LA HIDROGEOLOGIA DEL MACIZO

5.1.- terreno duro 5.2.- terreno quebradizo 5.3.- terrenos blandos 6. IMPERMEABILIZACION 6.1.- vía seca 6.2.- vía semihúmeda 7. INFLUENCIA DEL AGUA

8. IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE

9. REFLEXIONES CON RELACIÓN AL MÉTODO CONSTRUCTIVO

10. CONSIDERACIONES PRÁCTICAS RELACIONADOS CON EL DRENAJE Y SUS IMPLICANCIAS CONSTRUCTIVAS

10.1.- trazado

10.2.- dispositivos para impermeabilización y drenaje 11. MATERIALES PARA LA IMPERMEABILIZACIÓN PRINCIPAL

11.1.-Geotextil

11.2.- Lámina de impermeabilización 11.3.- Drenes laterales

12. REQUISITOS A TENER EN CUENTA EN UN PROYECTO 13. DRENAJE INTEGRAL DEL TÚNEL

14.1- Introducción

14.2.- LANZAS DE VACIO AT - TUBESPILE 14.2.1.- Introducción

14.2.3.- Principales ventajas 14.2.4.- Descripción del sistema 14.2.5.- Componentes del sistema 14.2.6.- Características técnicas 14.2.7.- Procedimiento de instalación 14.2.8.- Accesorios 14.3.- SISTEMA DE DRENAJE AT 14.3.1.-Introducción 14.3.2.- Campos de aplicación 14.3.3.- Principales ventajas 14.3.4.- Descripción del sistema 14.3.5.- Componentes del sistema

14.3.6.- Sistema de Drenaje AT listo para usar 14.3.7.- Características técnic

14.3.8.- Procedimiento de instalación 14.3.9.- Accesorios

15. DRENAJE EN TÚNELES. ERRORES HABITUALES. 16. CONCLUSIONES

17. BIBLIOGRAFÍA

1.

El drenaje de los túneles es un concepto complejo por la cantidad de factores que pueden verse implicados en el mismo y los distintos puntos de vista desde los que puede ser contemplado.

En sentido estricto podría comprender sólo las medidas que tienen por objeto canalizar y conducir las aguas que pueden afectar al túnel. Pero en cuanto se analiza, siquiera sea someramente el tema, se advierte que las implicaciones de tipo constructivo y medioambiental son numerosas e importantes y no pueden ser ignoradas.

Por una parte, hay que tener en cuenta el período de la vida útil del túnel que se considere, es decir, el proyecto, la construcción o la explotación, ya que en cada uno de ellos las circunstancias en cuanto a la acción del agua son distintas, pero es necesario prever en cada etapa lo que puede suceder en las siguientes.

Por otra parte, la construcción del túnel puede afectar a un cierto espacio desde el punto de vista hidráulico, ya sea en la superficie o entre esta y el túnel, y ello puede dar lugar a una serie de alteraciones en el entorno o producir problemas en el propio túnel, que hay que tener en cuenta.

Aparte de la doble dimensión espacial-temporal indicada anteriormente, hay otras variables que pueden influir también en el drenaje del túnel, como son la funcionalidad o uso al que vaya destinado el túnel y el método constructivo utilizado.

Se confirma así la multiplicidad de factores involucrados en el tema, y en los apartados siguientes se pretende dar una visión sintética de los problemas que se plantean al respecto y del tratamiento que actualmente se suele dar a los mismos.

2. VISIÓN GLOBAL DEL DRENAJE DE TÚNELES

Una vez esbozados en el apartado anterior, los posibles aspectos que pueden estar relacionados con el drenaje de un túnel, con objeto de

concretarlos, se presenta en la Tabla 1 una ordenación de los mismos en ese doble aspecto temporal-espacial.

La serie de factores relacionados con el drenaje recogidos en la Tabla 1 no pretende ser exhaustiva, pues, dependiendo de la funcionalidad del túnel o de las características del terreno en el que se construye, puede haber otros múltiples aspectos, pero al menos en los túneles viarios suelen ser los más frecuentemente encontrados.

ESPACIO ETAPA

SUPERFICIE _{ESPACIO ENTRE TÚNEL Y LA} SUPERFICIE

ESPACIO INTERIOR AL TÚNEL

PROYECTO - Estudio de asientos (relacionados con el drenaje por abatimiento del nivel freático)

- Posible afección a edificaciones, conducciones, instalaciones o infraestructuras

- Posible afección a masas de agua (corrientes fluviales, espacios recreativos, etc)

Estudio hidrogeológico

Posible afección a los acuíferos Posible contaminación del terreno

o de los acuíferos

- Estudio de los dispositivos de impermeabilización y drenaje de las aguas del terreno o de vertidos accidentales de otras sustancias

CONSTRUCCIÓ

N - Seguimiento y control de corrientes de agua superficiales

- Posibles medidas correctoras contempladas o no en el Proyecto (inyecciones, jet- grouting, etc)

- Seguimiento del control de asientos, edificaciones o servicios (relacionado con el abatimiento del nivel freático)

Confirmación de las previsiones del Proyecto (control de caudales infiltrados, seguimiento de la auscultación)

- En su caso, posibilidad de nuevas medidas de drenaje y reestudio de afección a los acuíferos

- Medidas para minimizar la afección a los trabajos durante la obra

Adopción de elementos de drenaje, previstos o no en el Proyecto

EXPLOTACIÓN - Seguimiento, en su caso, de los movimientos permanentes del terreno

- Eventualmente obras de refuerzo o reparación

Control y mantenimiento de las medidas de drenaje e impermeabilización

Eventuales obras de reparación de las mismas

- Mantenimiento de todos los dispositivos de drenaje - Mantenimiento de los dispositivos

de almacenamiento y tratamiento de los vertidos accidentales

Tabla 1. Relación espacio-temporal del agua con el túnel

En los siguientes apartados se desarrolla el estudio del drenaje de los túneles, de acuerdo con las etapas de su ejecución en el tiempo, es decir, Proyecto, Construcción y Explotación, haciendo hincapié en los aspectos que suelen ser predominantes en cada una de ellas, si bien todas las etapas están condicionadas por las precedentes.

3.

ESTUDIO DEL DRENAJE DEL TÚNEL DURANTE EL PROYECTO

De manera breve se podría afirmar que el estudio del drenaje del túnel en el Proyecto se basa en el estudio hidrogeológico del mismo. Hay dos factores que es necesario tener en cuenta en el estudio del drenaje del túnel:

1) La estrecha conexión entre los aspectos geológicos, geotécnicos e hidrogeológicos.

2) La compleja relación en el aspecto hidráulico del túnel con el terreno en el que se excava.

En cuanto a la primera cuestión, está claro que los accidentes geológicos están estrechamente relacionados con la posible afluencia de agua hacia el túnel. También es evidente que uno de los objetivos más importantes de la investigación geotécnica se dirige al estudio de la permeabilidad de las formaciones afectadas por el túnel, aparte de los propios accidentes geológicos. Es, por tanto, evidente la relación entre los lados del triángulo geología-geotecnia-hidrogeología y, por tanto, es necesario realizar el estudio conjunto de los mismos, de manera equilibrada.

En cuanto a la segunda cuestión, hay que tener en cuenta que el túnel actúa como dren que puede captar las aguas de los terrenos que atraviesa y, asimismo, puede conectar unos acuíferos con otros o aportar, debido a los vertidos que se produzcan dentro del túnel, agua u otros líquidos al terreno. Esto puede dar lugar a problemas, tanto durante la construcción como en la explotación, y no sólo dentro del túnel sino en el entorno. De ahí que sea necesario un estudio riguroso de toda esta problemática al proyectar el túnel.

4.

ESTUDIOS GEOLÓGICO, GEOTÉCNICO E HIDROGEOLÓGICO DEL TÚNEL

Es conveniente la planificación conjunta de estos estudios por la estrecha relación entre ellos.

Así, desde el comienzo del estudio geológico se debe prestar atención a los aspectos hidrogeológicos que van a condicionar los caudales interceptados por el túnel. La cartografía geológica debe de recoger con detalle la presencia de pliegues, fallas, diques y contactos entre formaciones de diferente permeabilidad, etc, y analizar las consecuencias de los mismos, no sólo desde el punto de vista geomecánico, sino también hidráulico.

Así, en el estudio geológico, hay que prestar una atención especial a aspectos como los siguientes:

o La litología, estratigrafía y accidentes geológicos (sobre todo pliegues y fallas) de las formaciones rocosas afectadas por el túnel, dado que son factores que influyen de manera decisiva sobre los caudales captados por el mismo.

o La fracturación, dado que en las rocas ígneas y metamórficas con poco grado de alteración la mayor parte de los caudales llegan a través de dichas fracturas y la permeabilidad medida en la dirección del buzamiento es también muy superior a la media del macizo. En cuanto a las rocas sedimentarias carbonatadas, la permeabilidad primaria, es decir, la que se produce a través de la roca matriz, es casi siempre despreciable frente a la secundaria, debida a los fenómenos de fracturación y disolución.

o En todas las formaciones, los pliegues y fallas son zonas de debilidad que pueden aportar caudales localizados. En los primeros, los sinclinales suelen ser problemáticos al atreverse posibles puntos bajos de estratos apoyados en otros más impermeables y, en cuanto a las fallas, son los accidentes potencialmente más peligrosos. Por una parte, actúan como barreras hidráulicas al poner en contacto estratos permeables con otros impermeables, pudiendo dar lugar a fuertes diferencias piezométricas localizadas y, por otra parte, el plano de falla puede actuar como conductor si se trata de una brecha o como interceptor si se trata de una milonita.

o El estudio simultáneo de las características litológicas y estructurales de las formaciones y el del emplazamiento y caudal de los manantiales existentes puede dar datos hidrogeológicos interesantes. Por ejemplo, si en las laderas de una montaña o de un valle aparecen varios manantiales de poco caudal, suelen indicar la presencia a poca profundidad de materiales poco permeables y la existencia de un nivel freático somero. Por el contrario, si aparecen manantiales de mayor volumen en el fondo del valle, normalmente será indicio de que el agua recogida por la ladera percola verticalmente a través de rocas permeables, dando lugar a un nivel freático más profundo. Por tanto, según la posición del túnel y la permeabilidad de las formaciones que atraviesa, podrá interceptar o no a los acuíferos y captar aguas de los mismos. o Formaciones especialmente conflictivas son las susceptibles de

sufrir fenómenos de disolución, como son los terrenos calcáreos o los yesíferos. En el caso de las calizas, aparte de los problemas inherentes a la carstificación, está el de ser acuíferos potenciales, especialmente en el contacto con formaciones impermeables. En el caso de los yesos, aparte de los fenómenos de disolución, hay que tener presente su capacidad de generar aguas agresivas para los hormigones o morteros utilizados en el túnel.

o Formaciones potencialmente expansivas, como determinados tipos de arcillas o las anhidritas.

También hay otros aspectos del estudio geológico, como la geomorfología, estrechamente relacionados con el estudio hidrogeológico, dado que el relieve y las características geológicas de las formaciones condicionan a la escorrentía y a la infiltración y, por tanto, la posibilidad de recarga de los acuíferos.

De manera análoga, la investigación geotécnica debe estar conectada con el estudio geológico y el hidrogeológico. Con los sondeos y la geofísica se trata de resolver las incógnitas de tipo geológico, como las anteriormente tratadas y, además, hay ensayos específicos en los sondeos para determinar la permeabilidad de las formaciones, como son los del tipo Lefranc y Lugeon, el primero en materiales del tipo suelo y el segundo en formaciones rocosas. En túneles es, por tanto, más frecuente el ensayo Lugeon, consistente en la medida de los caudales admitidos en cada tramo del sondeo en función de la

presión aplicada, de la que se deduce un valor aproximado de la permeabilidad de cada una de las formaciones afectadas por el túnel. Una vez finalizados los sondeos se deben colocar tubos ranurados para seguir posteriormente la evolución de los niveles de agua. Eventualmente, puede ser necesaria la colocación de tubos ranurados sólo a determinadas profundidades o colocar varios tubos en los sondeos para tratar de determinar la presencia de niveles freáticos colgados.

Paralelamente, se debe hacer un seguimiento de las fuentes, manantiales, pozos o puntos de afluencia de agua y seguir durante toda la campaña geotécnica su evolución, así como la de los niveles de agua en los sondeos, comprobando también su relación con las precipitaciones.

En función de la importancia y geometría del túnel (sección, longitud) y las características geológicas del terreno, podría ser necesaria la ejecución de ensayos de bombeo, lo que requiere la ejecución de pozos y sondeos cercanos para medir en ellos el abatimiento del nivel freático. Generalmente, no suele hacerse este tipo de ensayos en obras civiles, tanto por su coste como por el plazo de ejecución de los mismos y de los ensayos correspondientes, aunque pueden estar justificados en casos especiales (afección a acuíferos o servicios importantes, paso bajo zonas habitadas, etc).

En cuanto al estudio hidrogeológico, su objetivo final en el caso de un túnel es evaluar los caudales que van a afluir al túnel y las presiones hidráulicas que se van a generar sobre su revestimiento. Ambos dependen de la permeabilidad del medio en el que se excava el túnel y del propio revestimiento y su cálculo se puede abordar, o bien por formulaciones de tipo analítico, como las de Goodman o Heuer, o bien mediante un modelo más sofisticado, recurriendo a modelos numéricos de flujo.

Por ejemplo, la fórmula de Goodman permite calcular el caudal infiltrado en cada tramo del túnel en función del coeficiente de permeabilidad, el coeficiente de almacenamiento, la altura piezométrica, la longitud del tramo y el avance medio de la excavación.

4.1.-ESTIMACIÓN DE CAUDALES DE AGUA INFILTRADA EN LOS TÚNELES

Existen múltiples métodos para calcular estos caudales de infiltración en obras hidráulicas como túneles. Las metodologías mas comunes para hacer este calculo son las de Hvorslev, Goodman y Heuer.

4.1.1.- Método de Hvorslev

Este método considera al túnel de gran diámetro y de sondeo largo. Se divide el túnel en tramos iguales considerándolo como un pozo drenante (túnel sin revestir) y se calcula el flujo de agua infiltrada para un instante cualquiera en cada tramo.

El flujo de agua F en función de la longitud L y el diámetro D se calcula como:

4.1.2.- Método de Goodman

Este método calcula el caudal infiltrado por unidad de longitud del túnel según se excava. Tiene en cuenta el efecto de drenaje del túnel y considera cargas constantes o variables a lo largo del túnel y tiene en cuenta la permeabilidad especifica del suelo k.

El caudal de infiltración se calcula como:

Dónde:

k = Constante de permeabilidad (m/s). H = Altura piezométrica (m).

S = Producción específica (aproximadamente toma el valor de 0.05). c = Factor de penetración (adimensional).

t = Tiempo (días).

4.1.3.-

La mayoría de proyectos subterráneos de túneles atraviesan por macizos rocosos, la infiltración en estos casos ocurre por las discontinuidades y grietas de la roca.

Se debe estimar dos condiciones fundamentales, la primera es el flujo inicial en el frente qh y el flujo de régimen permanente qs y se pueden

calcular como:

q

= F

k H

Fs = Es una función de las condiciones limites.

(Recarga vertical, infiltración por encima del túnel).

(Caso de flujo radial). K = Permeabilidad del macizo rocoso.

H = Altura del agua del nivel freático. Ro = Radio de la influencia.

z = Espesor del macizo rocoso situado por encima del túnel. r = Radio del túnel.

q

= F

q

Fh: es un coeficiente entre 1 y 5.

Los valores de permeabilidad k son muy variables van de 10-6 _{cm/s en}

roca intacta, a 10-2 _{en roca fracturada.}

Respecto a los modelos numéricos de flujo, a continuación se describe brevemente el MODFLOW, modelo en diferencias finitas que permite calcular el caudal de entrada de agua al túnel, así como las presiones hidrostáticas que soportarán sus paredes.

El modelo se desarrolla en dos fases que se resumen seguidamente. • En la primera fase, se simula el régimen hidráulico natural del

entorno del túnel previamente a su construcción. El objeto de esta primera fase es la calibración de los parámetros hidráulicos del modelo en régimen permanente y la estimación de las presiones hidrostáticas a lo largo de la traza del túnel. Para ello, se discretiza el perfil del terreno correspondiente a la traza del túnel en celdas y se asignan unos valores iniciales a los parámetros hidráulicos. Sobre este perfil se estima la posición del nivel freático en función de los datos disponibles (es decir, datos de los sondeos, manantiales o puntos de aguas, etc). Este nivel se supone estable en esta primera fase.El proceso de calibración consiste en ir modificando los valores de la permeabilidad, hasta que las tasas de recarga proporcionados por el modelo estén próximos al valor de recarga estimado por los balances hídricos realizados. El rango admisible para la variación del valor de la permeabilidad se define a partir de los resultados de los ensayos Lugeon en los sondeos realizados en la zona.

• En una segunda fase, y una vez calibrado el modelo en régimen natural, se realiza el cálculo del caudal de agua que entra en el

túnel en régimen permanente y en régimen transitorio. Para ello, se considera el túnel en el modelo como un dren que no presenta resistencia al flujo de agua. El medio simulado y los niveles de agua utilizados son los mismos que en la fase anterior.

La aproximación realizada en régimen permanente no es del todo realista, ya que no tiene en cuenta el caudal aportado por el almacenamiento del acuífero. Además, una vez que el drenaje se inicia, el nivel freático comenzará a descender, por lo que los caudales también disminuirán progresivamente en el tiempo. Este descenso se producirá hasta alcanzar el sistema una nueva situación de equilibrio entre la recarga y los caudales drenados por el túnel (equilibrio en régimen transitorio). El tiempo en el que este equilibrio se alcance dependerá del coeficiente de almacenamiento, además de la permeabilidad, que ha sido calibrada en régimen permanente.

Para el cálculo del caudal drenado por el túnel en régimen transitorio, se utiliza un valor teórico del coeficiente de almacenamiento en función de los materiales que constituyen la zona de estudio, pudiéndose realizar un análisis de la sensibilidad del caudal respecto al valor del citado parámetro. También se obtiene una estimación de la variación de la tasa de drenaje del túnel cuando éste no está construido en su totalidad.

Respecto a la metodología a seguir en el estudio hidrogeológico, hay que señalar la necesidad de que, antes de nada, sea coherente con los objetivos pretendidos y con los medios de que se disponga. En cuanto a los objetivos, fundamentalmente son dos, afección a los acuíferos y caudales infiltrados en el túnel. Respecto a los medios, número de sondeos y ensayos Lugeon o ensayos de bombeo que se vayan a realizar.

Respecto a los objetivos, es necesario admitir el alto grado de incertidumbre que suele acompañar a la predicción de los caudales infiltrados y ello por diversos motivos:

 Dificultad para que los sondeos o pozos verticales reproduzcan a efectos hidráulicos la orientación horizontal del túnel.

 Dificultad de predecir la influencia de las juntas o fallas en el túnel a partir de su influencia en los sondeos (por ejemplo, si se trata de juntas verticales, pueden no ser interceptadas en los sondeos).

 Problemas para determinar la posición real del nivel freático (puede haber niveles freáticos colgados, separados por estratos de menor permeabilidad que pueden romper la transmisión vertical de presiones o no).

Teniendo en cuenta estas limitaciones y en función del objetivo buscado, debe elegirse, en consecuencia, el método operativo a seguir.

Es decir, si lo que se trata es solamente ver de qué manera pueden verse afectadas las reservas de los acuíferos afectados por el túnel, es probable que un cálculo aproximado y del lado de la seguridad, mediante las expresiones analíticas antes citadas, pueda ser suficiente. Pero si se quiere tener un cálculo lo más preciso posible de los caudales esperables a lo largo del túnel y se dispone de una investigación geotécnica e hidrogeológica bastante precisa, puede estar justificado el utilizar herramientas tales como distribuciones de tipo estadístico para la atribución de la permeabilidad a las distintas formaciones y un modelo numérico de flujo como el anteriormente señalado.

Los estudios geológicos, geotécnicos e hidrogeológicos son fundamentales para el proyecto del túnel pero también deben ser tenidos en cuenta durante la construcción y la explotación, como se indica en los siguientes apartados.

Por último, el estudio de los dispositivos a disponer para la recogida y evacuación de los vertidos accidentales se hará en el proyecto pero su influencia se dejará notar sobre todo durante la explotación.

5. CONSIDERACION DEL EFECTO DE LOS TUNELES EN LA HIDROGEOLOGIA DEL MACIZO

Estudios Hidrogeológicos establecen los siguientes criterios de obligado cumplimiento en el proyecto de obras subterráneas para el transporte terrestre necesarios para conseguir conocer de una manera suficiente las etapas de construcción o explotación, las siguientes facetas:

 Establecimiento de la situación de los niveles freáticos, y eventual variación estacional.

 Existencia de fuentes, manantiales, captaciones de agua, etc, que puedan influir en el túnel, o ser influidos por este.

 Permeabilidad o transmisividad de los diferentes terrenos que pudieran ejercer su influjo en los aportes de agua al túnel durante la vida de la obra.

 Factores que influyen en la elección del drenaje o impermeabilización del túnel.

 Influjo del eventual drenaje del túnel en la posible variación de las condiciones hidráulicas de los niveles freáticos, afloramientos o aprovechamientos.

 Posibilidad de que el túnel suponga una barrera total o parcial a las corrientes subálveas naturales y la correspondiente variación de las circunstancias.

Influencia del terreno y del sistema constructivo

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.

La importancia del terreno es decisiva para la construcción de un túnel, por un lado en el sistema de construcción y por otro

en el tipo de revestimiento utilizado.

Con respecto al sistema de impermeabilización se pueden distinguir tres tipos de terreno,

 Terreno duro

 Terreno quebradizo

 Terreno blando

5.1.- TERRENO DURO

se utilizan procedimientos de excavación en grandes bloques y dada la naturaleza del terreno el túnel es estable (por cierto tiempo) no siendo necesario un sostenimiento previo. En estos

casos no hace falta la utilización de revestimientos que soporten el terreno y establezcan un equilibrio, basta con eliminar irregularidades y rellenar fisuras mediante hormigón proyectado, y aplicar después el sistema de impermeabilización sobre esta superficie ondulada y rugosa. Por último se revestirá con hormigón encofrado o proyectado si es necesario formar la estructura de soporte del túnel, teniendo en cuenta la presión del terreno e incluso del agua.

5.2.- TERRENO QUEBRADIZO

No se puede construir el túnel a sección completa, es preciso hacerlo por etapas sucesivas dando lugar a varios tipos de avance (nuevo método Austriaco, Belga, Inglés, etc.) siendo preciso la realización de un sostenimiento previo en cada fase que garantice la seguridad del túnel y por lo tanto del avance (cerchas, hormigón proyectado, bulones, etc.). Es sobre este soporte y antes del revestimiento estructural, donde se realizará la impermeabilización.

5.3.- TERRENOS BLANDOS

En este tipo de casos (plásticos) el túnel tiene que estar construido en el espacio creado por la máquina tuneladora (T.B.M.) y por tanto es preciso que la construcción del soporte se efectúe enseguida en dicho espacio.

En este tipo de terreno existen dos formas de conseguir la estanqueidad. Sellado de juntas entre dovelas, o un sistema de impermeabilización de superficies de dichas dovelas (en el caso de dovelas reticulares o metálicas, es necesario primero igualar la superficie como soporte del sistema de impermeabilización). Cuando la unión entre dovelas y la impermeabilización no sea suficiente para soportar la presión del agua, es necesario construir un revestimiento interior con hormigón encofrado. Una vez definidos los procedimientos de impermeabilización, según la Influencia del terreno, será importante resaltar la

determinación de consecuencias para la elección del material de impermeabilización. Con revestimientos rígidos solo se necesita un material de flexibilidad muy pequeña sin embargo con revestimientos flexibles (dovelas) solo se puede utilizar materiales con un alto grado de elasticidad.

6.

IMPERMEABILIZACION

Se efectuará en toda la superficie a tratar, un tratamiento impermeable a base de hormigón proyectado polimérico, de 4 cm. de espesor mínimo, previa limpieza de soporte existente.

Como información del procedimiento de aplicación del Hormigón Proyectado, se contempla a continuación su tecnología:

Para la proyección del sistema existen 2 procedimientos diferenciados:

 Vía seca

 Vía semihúmeda

6.1.- VÍA SECA

Procedimiento mediante el cual todos los componentes del mortero u hormigón proyectado son previamente mezclados, a excepción del agua que es incorporada en la boquilla de salida antes de la proyección de la mezcla. El transporte de la mezcla sin agua se realiza a través de mangueras especiales de forma neumática (flujo diluido) desde la máquina hasta la boquilla de proyección.

El cemento y los áridos deben estar mezclados adecuadamente hasta conseguir una perfecta homogeneidad en proporciones variables. Lo normal es utilizar un cemento Portland, aunque a menudo se emplean cementos especiales, junto con diferentes clases de áridos (artificiales ó naturales, de río o de machaqueo) Dicha mezcla de emento/áridos en seco se introduce en un alimentador, entrando en la manguera de transporte mediante una rueda ó distribuidor (rotor).

La mezcla es transportada mediante aire a presión hasta una boquilla o pistola especial. Esta boquilla va equipada con un distribuidor múltiple perforado, a través del cual se pulveriza agua a presión que se mezcla con el conjunto cemento/áridos. La mezcla ya húmeda se proyecta desde la boquilla sobre la superficie que debe gunitarse.

En este sistema, la adición de los aditivos acelerantes de fraguado en polvo se realizará sobre la tolva de alimentación de la máquina gunitadora, mientras que en el caso de empleo de aditivo acelerante líquido este se dosificará mediante un dosificador de aditivos apropiado, añadiéndose a la mezcla de hormigón unos 4 ó 5 m. antes de la boquilla de proyección.

6.2.- VÍA SEMIHÚMEDA

Procedimiento mediante el cual todos los componentes del mortero u hormigón proyectado son previamente mezclados, a

excepción de una parte del agua que es incorporada a 4-5 metros de la boquilla especial de salida antes de la proyección de la mezcla. Se utilizan áridos hasta con el 8 % de humedad, bien debido a su procedencia o añadiéndole dicha agua en planta. El transporte de la mezcla se realiza a través de mangueras especiales de forma neumática (flujo diluido) desde la máquina hasta la boquilla de proyección.

El sistema de hormigón proyectado por vía semihúmeda es idéntico en sus primeras fases a la vía seca, difiriendo únicamente de él, en que se utilizan áridos con humedades de hasta el 8 %, bien debido a su procedencia o a una adición de agua en la mezcladora y que a una distancia aproximadamente de 4-5 m. de la boquilla de proyección se efectúa la adición complementaria del agua, mejorándose así las propiedades de la mezcla al llegar a la boquilla, de la que saldrá el mortero u hormigón proyectado. Otra de las ventajas de este sistema es que evita el polvo resultante de la proyección, así como la pérdida de cemento en la mezcla al salir de la boquilla especialmente diseñada para éste sistema. También se puede considerar que el agua añadida se incorpora perfectamente durante esos 4-5 m a la mezcla, haciéndola más homogénea y lo que es más importante, que la relación agua/cemento sea adecuada, permitiendo una homogeneidad de resultados no superior al 10 %.

7.

INFLUENCIA DEL AGUA

Los sistemas de impermeabilización también pueden variar en función del tipo y calidad del agua. Pueden distinguirse tres tipos de impermeabilización dependiendo del tipo de agua contenida en el macizo donde se excava:

 Impermeabilización en franja capilar, mediante sellado de poros.

 Impermeabilización en zonas de saturación, será flexible y resistente a la presión; evacuando el agua hacia los drenajes longitudinales.

 Impermeabilización en agua subterránea, será flexible, resistente a la presión y cerrada; englobando toda la sección para evitar filtraciones por presión en la contrabóveda.

Será necesario analizar las condiciones físicas y químicas del agua, para garantizar que no deterioran el sistema de impermeabilización.

8.

IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE

Se tratará ahora sobre la manera de afrontar la acción del agua sobre el túnel y de esos efectos colaterales que pueden involucrar a otros bienes o servicios de muy diverso tipo afectados por su construcción. Como en cualquier estructura en contacto con el terreno, caben en principio dos maneras de actuar frente a la acción del agua. Una consiste en tratar de oponerse al paso de la misma, es decir, reforzar todo lo posible la impermeabilización, mientras que en el polo opuesto está la de no impedir la entrada del agua sino más bien controlar su entrada mediante los dispositivos de drenaje para conducirla y verterla al exterior.

En principio, pueden parecer términos o estrategias contrapuestas y, vistas desde un punto de vista estricto, así es. No obstante, y al igual que ocurre en otras estructuras en contacto con el terreno como los muros (ya sean de sótanos, estribos de puente, etc) las tendencias actuales son las de poner un drenaje en el contacto con el terreno y, por otra parte, aplicar algún tipo de impermeabilización en la cara del trasdós de la estructura. En este sentido son, por tanto, aspectos complementarios que colaboran para garantizar la durabilidad de la estructura.

En el caso de los túneles la solución es más compleja porque está condicionada por varios factores:

 Afecciones a acuíferos o a masas o corrientes de agua superficiales.

 Sistema constructivo.

 Funcionalidad del túnel.

En cuanto al primer factor, es claro que una mayor sensibilidad frente a la captación de aguas, ya sea por razones ambientales o por posibles problemas constructivos, por afección a cimentaciones, etc, hace necesario poner un mayor énfasis en la impermeabilización. Lo mismo ocurre con el tercer factor, ya que, según la funcionalidad del túnel, se pueden admitir unas mayores o menores filtraciones durante la explotación del túnel pero, lógicamente, en una gran parte de los túneles, es precio lograr unas filtraciones reducidas durante el período de la vida útil de la obra. Más adelante se tratará sobre las prescripciones de la normativa reciente a este respecto.

En cuanto al segundo factor, el método constructivo es el que puede dar lugar a mayores diferencias en los flujos de agua que se produzcan durante la obra, tanto por el propio método en sí, que puede conllevar un mayor énfasis en el drenaje o la impermeabilización, como por el hecho de que en esta etapa, de duración relativamente corta, puede ser admisible en muchos casos aceptar una mayor presencia de agua en la obra, siempre que la misma se controle adecuadamente.

Por ejemplo, si se utilizan métodos convencionales de excavación, es decir, la perforación y voladura o la excavación por medios mecánicos mediante ataque puntual, en una primera etapa el agua fluye sin ningún impedimento o con sólo el que presta la capa de sellado de hormigón proyectado, en general, de poco espesor. Por tanto, durante este período y hasta que se disponga de la lámina impermeabilizante y del revestimiento definitivo, las medidas de drenaje pueden ser decisivas para poder construir la obra, ya que la afluencia de agua al túnel puede constituir desde un simple contratiempo para los trabajos hasta convertirse en un serio impedimento para los mismos.

Profundizando algo más en lo anteriormente expuesto, podemos pensar en dos situaciones límite y diferenciar entre el túnel perfectamente drenado, que ofrece una mínima resistencia al paso del agua y por tanto soporta unas presiones hidráulicas pequeñas, y en el polo opuesto, el túnel estanco, es decir, aquel que no permite ninguna filtración hacia su interior y, en consecuencia, soporta unas mayores presiones hidrostáticas.

En la práctica, la situación suele ser intermedia entre ambas pero puede darse un mayor énfasis al drenaje o a la impermeabilización y, en consecuencia, se producirá una situación más cercana a cada uno de los estados ideales anteriormente indicados.

La influencia del drenaje sobre las presiones trasmitidas al túnel se aprecia de forma gráfica en la Figura 1.

Figura 1. Presión del agua actuante sobre:

a) Revestimiento permeable

b) Revestimiento impermeable (SZÉCHY)

Aparte de la influencia sobre el caudal captado por el túnel y las presiones trasmitidas a su revestimiento, no hay que olvidar que el drenaje mayor o menor también puede tener influencia sobre los acuíferos cercanos, aspecto que puede ser determinante en algunas ocasiones.

La Figura 2 sintetiza de forma esquemática algunos de los conceptos anteriormente indicados respecto al drenaje y la impermeabilización. En el caso a), con presiones hidráulicas bajas, se dispone una cubierta impermeabilizante en la bóveda, de hormigón proyectado o encofrado, para asegurar la funcionalidad del túnel, acompañada de un drenaje simple en la base de los hastiales. En b), también con presiones de agua bajas, se admite un limitado abatimiento del nivel

freático y se considera suficiente el efecto impermeabilizante producido por la inyección y una capa de hormigón proyectado en todo el perímetro del túnel, acompañada de un drenaje simple en la base de los hastiales. En c), las presiones de agua son moderadas y se permite un abatimiento limitado del nivel freático, recurriéndose a la colocación de una primera capa de hormigón proyectado, membrana impermeabilizante y una segunda capa de revestimiento de hormigón encofrado o proyectado, con drenaje de tipo separativo para aguas del

terreno y exteriores. En d), no se permite ninguna afección al nivel freático ni entrada de agua en el túnel, lo que se consigue con una membrana impermeabilizante y un revestimiento de hormigón dimensionado para soportar toda la presión hidráulica.

Figura 2. Casos típicos de soluciones de impermeabilizaron y drenaje (referencia 6)

Con objeto de clarificar las circunstancias concurrentes en los procesos de drenaje e impermeabilización, se adjunta la Tabla 2, en la que se ha tratado de recoger la casuística expuesta en este apartado. Hay que señalar que en la tabla se han tenido en cuenta, en general, sólo los aspectos relativos al drenaje y, por tanto, se ha obviado otro tipo de consideraciones que, en ocasiones, pueden condicionar las ventajas e inconvenientes de cada procedimiento.

SISTEMA CONSTRUCTIVO _{POSIBLES MEDIDAS} ADICIONALES

DRENAJE IMPERMEABILIZACIÓN VENTAJAS INCONVENIENTES

Convencional Revestimiento definitivo de hormigón encofrado - Geotextil y lámina o capa impermeabilizante - Eventualmente galerías o dispositivos drenantes - Recogida y evacuación del agua, tanto durante la construcción como posteriormente con el geotextil (1) - Normalmente lámina impermeabilizante al trasdós del revestimiento de hormigón

- Buena combinación del efecto drenante con la impermeabilización (2)

- Las inherentes al efecto drenante durante o después de la obra (abatimiento del NF) (3) Revestimiento definitivo de hormigón proyectado - Eventualmente preinyección (inyección del terreno por delante del frente) (Sistema noruego)

- Control del agua durante la construcción a valores del orden de 2-10 litros/min cada 100 m de túnel - Confiada a la preinyección - Capas o láminas impermeabilizantes entre capas del

hormigón proyectado en algunos casos - Económica - Menores filtraciones durante la obra - Menor garantía de impermeabilización dentro del túnel

Posibilidad de afección medioambiental de las inyecciones Tuneladoras Revestimiento con dovelas (escudos) - Compensación de la presión del frente mediante la presión de la cámara (trabajo en modo cerrado) - Sólo en casos excepcionales, dispositivos sistemáticos de drenaje - Coyunturalmente, drenajes localizados durante la construcción - Inyección entre el terreno y el trasdós de las dovelas - Excepcionalmente, impermeabilización posterior adicional - Impermeabilización de calidad y a corto plazo

- Las derivadas de la dificultad de acceso al frente Revestimiento con hormigón proyectado (tuneladoras de roca dura o "topos”)

- Preinyección (en países nórdicos)

- Misma sistemática que en (1), si es necesario

- Posibilidad de la misma sistemática que en el procedimiento

convencional a partir de una cierta distancia del frente - Similares a (2) más las inherentes a la mayor rapidez de colocación de la impermeabilización - Similares a (3)

Resumiendo lo referente a la impermeabilización y su relación con el drenaje, se puede señalar

 Las exigencias en materia de impermeabilización son cada vez mayores, tanto en la etapa de construcción como en la de explotación.

 Durante la construcción, las exigencias desde el punto de vista medioambiental obligan cada vez más a no afectar a los

acuíferos.

 En la etapa de explotación, la normativa reciente, en concreto la Norma UNE 104424, especifica unas filtraciones admisibles que dependen de la funcionalidad del túnel, oscilando desde menos de 1 l/m2 en 24 horas en túneles de alcantarillado a 0 en determinadas instalaciones, como por ejemplo en las que haya una presencia continua de personas.

 La utilización de procedimientos constructivos, tales como las tuneladoras con revestimientos definitivos mediante dovelas con inyección del trasdós o los de preinyección previa a la excavación, permiten frecuentemente la no afección a los acuíferos. Esta característica los hace especialmente

interesantes en entornos muy sensibles a los problemas que conlleva el abatimiento de los niveles freáticos, tales como zonas urbanas y con escaso recubrimiento. Sobre posibles ventajas e inconvenientes de estos métodos se trata más extensamente en otros apartados y especialmente en el epígrafe siguiente.

 El método convencional de excavación mecánica puntual o mediante voladuras, con revestimiento definitivo de hormigón encofrado y geotextil y lámina impermeabilizante entre este y el sostenimiento provisional proporciona en general un nivel de estanqueidad adecuado. Únicamente hay que señalar que, en el caso de que haya acuíferos próximos muy sensibles, se debe tener en cuenta el efecto drenante del túnel, más evidente e importante durante la construcción pero que puede persistir durante la explotación del túnel al estar este dotado de un drenaje permanente que actúa conjuntamente con la propia impermeabilización.

9.

REFLEXIONES CON RELACIÓN AL MÉTODO CONSTRUCTIVO

Después de lo que se ha expuesto anteriormente, puede ser pertinente hacer una breve reflexión sobre los métodos constructivos utilizados y su relación con el drenaje y la impermeabilización.

En la Tabla 2, expuesta anteriormente, se apreciaban las complejas relaciones que pueden darse entre los dos conceptos de impermeabilización y drenaje al relacionarlos con los procedimientos constructivos y que dificultan el intento de sistemizar el tema. Hay que destacar al respecto el fuerte peso que en estos aspectos, y en general en todo lo relacionado con la construcción de túneles, tiene la práctica habitual de cada país que en buena manera condiciona las posibles alternativas constructivas.

Así ocurre, por ejemplo, con la práctica relativa al revestimiento con hormigón encofrado, previo sostenimiento con hormigón proyectado y bulones, geotextil y lámina impermeabilizante (éstos cuando son necesarios por la afluencia de agua). Esta práctica se halla fuertemente implantada en muchos países, entre ellos el nuestro, siguiendo las experiencias austriacas y alemanas de hace tres o cuatro décadas. En cambio, en los países nórdicos es muy habitual la ejecución de inyecciones (que cumplen las funciones de impermeabilización y consolidación), bulonaje y hormigón proyectado con fibras que hacen también la función de revestimiento definitivo, tal como se ha indicado anteriormente. En la Figura 3 se muestra esquemáticamente el procedimiento de inyección previa a la excavación, técnica frecuentemente utilizada en dichos países.

Figura 3. Procedimiento de preinyección (referencia 9

De acuerdo con las referencias noruegas, el coste de este procedimiento es del orden del 60% al 80% del correspondiente al revestimiento de hormigón encofrado.

Ejemplos de hasta qué punto influye la tradición y la práctica local se pueden poner muchos. Así, en las obras del Metro de Buenos Aires se suele construir una galería en avance que más que de reconocimiento sirve para drenaje del terreno que presenta un nivel freático situado frecuentemente por encima de la clave del túnel. El terreno es muy parecido al de Madrid (de hecho se denomina "tosca” a una capa parecida al tosco madrileño) aunque, en general, sin la peligrosa presencia de las capas de arenas con poca cohesión y a veces presiones de agua importantes que tan problemáticas son en Madrid. El equivalente a esta preexcavación mediante la galería de drenaje lo desempeñan las preinyecciones en el procedimiento noruego, lo que revela como la filosofía del drenaje o de la impermeabilización esté en la base de los respectivos procedimientos como posibles maneras de abordar el problema y ambos parecen dar buenos resultados en sus respectivos ámbitos.

De las consideraciones anteriores se deduce que la práctica local tiene una importancia frecuentemente decisiva en el procedimiento constructivo adoptado.

A este respecto hay que hacer una observación que, aunque evidente, es frecuentemente obviada. Es innegable que la práctica

constructiva local suele incorporar un bagaje de conocimientos aportados por la experiencia en obras similares y, en ese sentido, presenta aspectos positivos pero, en ocasiones, puede también representar una rémora para adoptar los cambios impuestos por los nuevos avances tanto en procedimientos como en tecnología.

Por ejemplo, en el caso antes citado del Metro de Buenos Aires, es muy probable que el uso de tuneladoras pudiera tener un éxito similar al obtenido en las recientes ampliaciones del Metro de Madrid por la semejanza de terrenos ya señalada. Evidentemente hay otros factores de diverso tipo, aparte del aspecto constructivo, como puede ser la planificación de los sistemas de transporte o la disponibilidad económica y financiera, que condicionan el ritmo de ejecución de las nuevas líneas y, por tanto, la viabilidad económica de la construcción con tuneladoras, pero parece claro que, desde el punto de vista de la facilidad constructiva, la afección al entorno, la seguridad, etc, podría ser una alternativa muy a tener en cuenta.

De igual manera, la ya señalada utilización intensiva en muchos países de nuestro ámbito cercano del procedimiento del hormigón encofrado anteriormente descrito. Es probable que en muchos casos no sea necesario un acabado de tanta calidad o que se utilice la lámina impermeabilizante en zonas con poca o ninguna aportación de agua y es por ello que conviene estar abierto a la utilización de otros procedimientos como el de la técnica noruega, si esto permite un ahorro significativo.

Se trata, por tanto, a la hora de elegir el método constructivo, de tener presentes todos los factores que pueden influir en los resultados y elegir un procedimiento que sea razonable de acuerdo con la complejidad y características del caso.

Si se utiliza un método excesivamente conservador puede incurrirse en un sobrecoste no justificado, pero si se pretende aplicar uno demasiado arriesgado o no apropiado a las características del terreno y del entorno, la realidad de la obra obligará a rectificar, frecuentemente con un sobrecoste importante y el consiguiente alargamiento del plazo de la obra. Es por tanto obligado pensar detenidamente el tema, sopesar las ventajas e inconvenientes de cada método y decidir en consecuencia.

Es importante a este respecto, aparte de tener una mentalidad abierta a los posibles cambios, el intercambio de experiencias entre

los diversos agentes y estamentos implicados en la construcción de túneles con el fin de encontrar los métodos constructivos más idóneos, objetivo complicado por la cantidad de factores involucrados y entre los cuales se halla el drenaje.

10.

CONSIDERACIONES PRÁCTICAS RELACIONADOS CON EL DRENAJE Y SUS IMPLICANCIAS CONSTRUCTIVAS

Aparte los aspectos más o menos teóricos relacionados con el drenaje y sus implicaciones constructivas y medioambientales, tratados en epígrafes anteriores, se hacen a continuación una serie de

consideraciones de tipo práctico relacionadas con la construcción de túneles en nuestro país y, en particular, con lo relativo al drenaje.

10.1.- TRAZADO

Los trazados más frecuentemente utilizados en túneles viarios son la alineación recta única o dos alineaciones rectas unidas por un

acuerdo convexo. Para asegurar la evacuación de las aguas, el CETU francés recomienda pendientes mínimas del 0,2% al 0,4% y las

normativas españolas dan valores similares, ya que la Instrucción 3.1-IC de carreteras prescribe un valor mínimo del 0,5% y,

excepcionalmente, del 0,2%, que coinciden también con los de las Instrucciones del GIF para ferrocarriles.

Al margen de otros aspectos, si son previsibles aportaciones

importantes de agua durante la construcción, es preferible en túneles largos el trazado a dos aguas porque permite atacar desde las dos bocas pudiendo evacuarse el agua por gravedad tanto durante la construcción como posteriormente en la explotación.

Si el túnel es corto y es previsible la afluencia de caudales

importantes, sería preferible en principio el ataque único desde la boca más baja por las razones apuntadas.

En este caso también hay que prever el drenaje del desmonte de acceso a la boca más alta disponiendo normalmente cunetas o colectores en contrapendiente que conduzcan el agua recogida y la desagüen hacia el exterior del túnel.

10.2.- DISPOSITIVOS PARA IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE

Respecto a la impermeabilización final a conseguir por motivos funcionales, ya se ha señalado anteriormente que la Norma UNE 104424, publicada en febrero de 2000, prescribe unas ciertas cuantías máximas de las filtraciones admisibles.

Ya se ha señalado también que, en casos muy críticos en cuanto a la impermeabilización requerida, pueden ser necesarios sistemas que garanticen la misma, tanto durante la construcción como,

posteriormente y en este sentido, los revestimientos con dovelas e inyecciones en el caso de las tuneladoras y la inyección previa o posterior, en los métodos convencionales, son los sistemas más recomendables.

En muchos casos de ejecución con métodos convencionales, es típica la coordinación entre drenaje e impermeabilización que ya se ha tratado ampliamente en epígrafes anteriores.

El esquema clásico, en este caso, es de la Figura 4, en las que se aprecia que el drenaje tiene la misión de recoger y conducir las aguas aflorantes al hacer la excavación y, por otra parte, proteger a la impermeabilización. Se trata habitualmente de medias cañas de fibrocemento o PVC protegidas con pasta de cemento con acelerante ultrarrápido y que, en función de la cantidad de agua y zona a drenar, pueden adoptar una disposición sistemática a base de drenes en forma de espina de pez que la conducen a las medias cañas principales que, a su vez, desaguan a un dren lateral y éste al colector (sistema Oberhasli). La distancia entre las medias cañas principales suele oscilar entre 2 y 5 m y eventualmente pueden prolongarse mediante un taladro en la roca de en torno a 1 m de longitud y diámetro mínimo de unos 30 mm.

Este drenaje debe ir protegido con una capa de hormigón proyectado que, aparte de su colaboración al sostenimiento, tiene la misión de proteger a la impermeabilización.

La impermeabilización se compone de un geotextil, cuya función es, por una parte, proteger a la membrana impermeabilizante

propiamente dicha de las irregularidades del sostenimiento y, por otra, evacuar el agua que pueda filtrarse a través del sostenimiento. En la Foto 1 se muestran los trabajos de colocación de la lámina impermeabilizante.

Por tanto, la sección tipo más habitual de un túnel viario ejecutado por métodos convencionales se compone, en las zonas en que la afluencia previsible de aguas hace necesaria la impermeabilización, de las capas que, en forma de croquis, se indican en la Figura 4. En ella, como se ha señalado anteriormente, puede apreciarse que sobre la roca hay una primera capa de sostenimiento, habitualmente

compuesta por hormigón proyectado y bulones y, eventualmente, cerchas. A continuación el drenaje (también denominado a veces impermeabilización primaria) sobre el que se dispone una nueva capa de terminación de hormigón proyectado y, a continuación, la

impermeabilización propiamente dicha (también denominada secundaria) compuesta por geotextil y lámina, y sobre ésta el revestimiento de hormigón encofrado. Cuando este hormigón vaya armado, lo que no suele ser habitual por trabajar normalmente a compresión, debe disponerse sobre la lámina una membrana de protección con espesor mínimo de 1,5 mm para evitar que la lámina pueda ser perforada al colocar las armaduras.

11.

MATERIALES PARA LA IMPERMEABILIZACIÓN PRINCIPAL 11.1.-Geotextil

 Es siempre no tejido, generalmente de polipropileno, no

regenerado, para asegurar una alta durabilidad. Normalmente, no se usa el poliéster por su poca resistencia a los álcalis.

 No se debe elegir por su peso sino por su permeabilidad y resistencia mecánica que están reguladas en la Norma.

 En el caso de que se prevea mucha afluencia de agua, deben colocarse geocompuestos drenantes cuyas propiedades

mecánicas e hidráulicas también se

11.2.- Lámina de impermeabilización

 Se usan habitualmente láminas de PVC, cuyas características están reguladas en la Norma. Tienen las ventajas sobre otros productos de su mayor flexibilidad, que permite adaptarlas a superficies de perfil irregular y la facilidad de fijación y

soldadura.



 Aparte de su resistencia mecánica, que se debe mantener dentro de un rango importante de variaciones térmicas, deben ser imputrescibles, resistentes al envejecimiento y el fuego (autoextinguibles) y al ataque de microorganismos y, en su caso, a las aguas agresivas que puedan provenir del terreno. Normalmente su espesor oscila entre 2-3 mm y la soldadura de los rollos contiguos se hace térmicamente, siendo aconsejable un solape mínimo de 10 cm.

11.3.- Drenes laterales

 El dren que se dispone en los laterales para recoger el agua interceptada por la impermeabilización primaria y el geotextil debe de tener un diámetro superior a 20 cm, según la Norma. Es una medida razonable, teniendo en cuenta que es un dren que puede colmatarse con relativa facilidad por la afluencia de aguas cargadas de partículas, tanto del terreno como del propio sostenimiento. Además, un mayor diámetro facilitará los

trabajos de mantenimiento y conservación posteriores.

 Es necesario que los drenes laterales estén suficientemente protegidos durante la obra para evitar que el barro o los detritus los dejen inservibles. Para ello, deben instalarse sólo poco antes de colocar la impermeabilización, y construir lo antes posible la envolvente de hormigón, que los protegerá, y también a la parte baja de la impermeabilización, de las proyecciones de barro hasta que se construya el hormigón del revestimiento.

12.

REQUISITOS A TENER EN CUENTA EN UN PROYECTO Los requisitos de los componentes fundamentales en la impermeabilización de un túnel serán, primero la membrana como elemento impermeable y segundo el geotextil como elemento de protección, para los daños mecánicos como para la evacuación de las aguas de filtración. Cuando se crea necesario, dependiendo de los caudales de filtración, se efectuará una impermeabilización primaria a base de drenes en forma de espina de pez (sistema Oberhasli) para recoger y conducir las aportaciones de agua a los drenes longitudinales. Este sistema se efectuará dependiendo de las zonas de mayor filtración o no, en cuyo caso su

aplicación será puntual. Los drenes tienen carácter provisional y su misión además de recoger el agua será la de presentar unos soportes adecuados para la impermeabilización definitiva posterior.

En el diseño de la impermeabilización de un túnel se deberá tener muy en cuenta sus drenajes y la protección de los mismos. El drenaje asegurará la evacuación sin presión de las aguas de filtración a través de los drenes longitudinales. Dicho drenaje deberá tener el diámetro suficiente (mayor a 20 cm. para facilitar los trabajos de mantenimiento y conservación), y sus aberturas de entrada proporcionales al agua de filtración.

 Dren autoformado mediante gunita con acelerante ultrarrápido sobre mangueras retiradas para formación de dren.

 Medias cañas de material plástico, adosadas al contorno o perímetro, en forma de espina de pez, protegidas en su colocación mediante pasta de cemento con acelerante ultrarrápido, capaces de fraguar en presencia del agua y a su vez protectores de la media caña.

 Dren autoformado mediante pasta de cemento y acelerante ultrarrápido, en forma de espina de pez, capaz de obturar y fraguar en presencia del agua.

 Media caña de fibrocemento, adosadas al contorno o perímetro, en forma de espina de pez, protegidas en su colocación mediante pasta de cemento con acelerante ultrarrápido, capaces de fraguar en presencia de agua y a su vez protectores de la media caña.

La impermeabilización primaria (drenaje) deberá ser protegida con gunita o mortero, debido a la provisionalidad y a la utilización de acelerantes de fraguado, tanto para evitar su fisuración como para conseguir un soporte adecuado para fijar la impermeabilización con membrana. Entre los requisitos a tener en cuenta en el soporte, se establecerán los siguientes:

 La profundidad de una irregularidad no deberá ser superior a 15 cm. respecto a la superficie de terminación.

 Los elementos de anclaje y bulonado que sobresalgan del soporte se cortarán en su parte no funcional.

 En una irregularidad la relación profundidad/ extensión debe ser igual o inferior a 1/5.

Por último los requisitos de la impermeabilización principal serán los que a continuación se detallan:

 La impermeabilización deberá proteger y envolver la superficie de la obra, de manera durable contra el agua de filtración.

 La impermeabilización debe ser puesta en obra de manera sencilla, económica y racional, sin interrumpir el desarrollo de los trabajos posteriores, e independientemente que el soporte este húmedo.

 La membrana de impermeabilización deberá ser suficientemente resistente para continuar siendo estanca después de las solicitaciones mecánicas resultantes del proceso de hormigonado posterior.

 El geotextil debe garantizar la evacuación del agua de filtración, sin entrar en carga, de manera durable hacia los drenes longitudinales.

 La impermeabilización se deberá adaptar a las irregularidades del soporte.

 La impermeabilización deberá resistir las cargas sobre el encofrado y el empuje del macizo rocoso sobre la bóveda interior definitiva.

 Se evitará la realización de trabajos próximos a la impermeabilización que puedan producir chispas, llamas o calor radiante.

 Los componentes de la impermeabilización (geotextil y geomembrana) deberán ser imputrescibles, resistir al envejecimiento y químicamente inalterables.

 Las láminas con las que se confecciona la membrana, deben ser soldables y sus uniones deberán poder ser verificadas mediante un control de soldadura.

 Todos los materiales que formen parte del sistema principal de impermeabilización deberán ser autoextinguibles, para evitar riesgos de incendios.

13.

DRENAJE INTEGRAL DEL TÚNEL

Dentro de este epígrafe se considera la recogida y evacuación de todas las aguas que pueden llegar al túnel, tanto las del exterior como las que se generen dentro del mismo.

Para los túneles viarios, y en especial en el caso de los túneles de carretera, que en cuanto a heterogeneidad de las aportaciones son

los más complejos, las procedencias de estas pueden ser las siguientes:

a) Aguas procedentes de las filtraciones del terreno

b) Aguas introducidas por los vehículos en tiempo de lluvia o de nieve o por operaciones de limpieza del túnel o de la calzada c) Vertidos accidentales de diversas sustancias

Respecto a las del primer grupo, han sido objeto de los epígrafes anteriores en los que se ha tratado de diversos aspectos en cuanto a su captación y evacuación más apropiada.

Las del segundo grupo tienen, como se verá a continuación, su propio sistema de captación y evacuación, aunque en principio esta puede hacerse conjuntamente con las del primer grupo.

Las del tercer grupo son las que requieren un tratamiento más específico y las que obligan a una mayor complicación de los

dispositivos para evitar el peligro inherente al vertido de sustancias peligrosas o contaminantes, que es similar al que existe fuera del túnel en cuanto se refiere a la posible contaminación de los acuíferos por sustancias tóxicas, corrosivas, etc, pero que se acrecienta dentro del túnel en lo relativo a las sustancias inflamables y el consiguiente riesgo que conlleva un incendio dentro del túnel.

Estas circunstancias son las que han motivado durante los últimos tiempos la adopción del sistema separativo para la recogida,

evacuación y tratamiento de los efluentes anteriormente señalados. A partir de los ensayos del "Centre d'Etudes des Tunnels” (CETU)

francés se ha llegado a una serie de recomendaciones que, aunque pueden materializarse en la práctica de diversas maneras, pueden concretarse en:

 Dispositivo de recogida de aguas o productos vertidos sobre la calzada

 Dren de recogida del agua procedente de las filtraciones del terreno

 Dren de recogida de las aguas infiltradas por la calzada

 Canalización o colector principal

Figura 5. Esquema de los dispositivos de drenaje (CETU)

Por otra parte, el funcionamiento correcto del sistema separativo obliga a disponer parar túneles que superan una determinada

longitud (el CETU establece 400 m) un sistema de arquetas sifónicas que deben estar permanentemente inundadas para actuar como cortafuegos en caso de incendio.

El sistema de drenaje preconizado por el CETU se divide en cinco apartados:

 Dren de captación de las filtraciones del terreno

 Dispositivo de recogida a nivel de la calzada

 Arquetas sifónicas

 Colector general

Figura 6. Caz vertical que integra el bordillo de la acera (CETU)

En la Figura 6 se observa el caz continuo semivertical, que es el que parece ofrecer un mejor comportamiento tanto desde el punto de vista hidráulico como del mantenimiento y el dren de recogida de filtraciones procedentes de la calzada.

El funcionamiento del sistema se aprecia en la Figura 7, en la que se muestra la llegada de los distintos conductos a la arqueta sifónica y un corte de la misma. El dren que capta el agua del macizo desagua periódicamente al colector principal, que atraviesa el primer cuerpo de la arqueta, en el cual desagua el caz que recoge los vertidos de la calzada. Estos están en contacto con el segundo cuerpo a través de un sifón que actúa como cortafuegos (para lo cual debe estar siempre inundada la arqueta) impidiendo que el fuego se trasmita al segundo cuerpo y, por tanto, al colector.

Figura 7. Esquema del drenaje del túnel de Siaix (CETU)

La forma en que se asegura la inundación de las arquetas puede dar lugar a diversas soluciones, según cual sea el sistema de

abastecimiento previsto (red contraincendios, depósito en cabecera, etc) pero no puede confiarse únicamente en el agua aportada por las filtraciones del terreno porque estas pueden ser muy irregulares. Como se ha indicado anteriormente, estas ideas de tipo general

pueden materializarse de diversas maneras, según las características del túnel. Sí que hay algunas condiciones que deben tenerse siempre en cuenta como las siguientes:

 Disponer los conductos preferiblemente bajo la acera para perturbar lo menos posible a la circulación y facilitar el

mantenimiento. También se deberá tratar de que las arquetas ocupen el menor espacio posible bajo la calzada.

 Disponer el drenaje sólo en uno de los lados del túnel, salvo que sea necesario un cambio del peralte, que se disponga perfil a dos aguas (por problemas de gálibo generalmente) o que sea previsible mucha afluencia de agua, casos en los cuales será obligado, en general, colocar los dispositivos de drenaje en ambos lados.

 Se puede aprovechar el agua proveniente de las filtraciones y a veces se recurre a la mezcla con el resto de efluentes y se evacua hacia el medio natural pero en túneles de cierta longitud o de bastante tráfico es necesario recurrir a los sistemas antes descritos para asegurar la inundación de las

arquetas, recogiéndose los efluentes en depósitos de

almacenamiento para su tratamiento posterior, lo que incluye la recogida de las sustancias contaminantes en el caso de que se produzca un vertido accidental y su evacuación mediante el correspondiente procedimiento operativo previsto a tal efecto. En los túneles ferroviarios, o en algunos casos de túneles de

carreteras, como por ejemplo los que llevan contrabóveda, suele disponerse el colector en el centro con vertido periódico hacia él desde los drenes laterales.

14.

SISTEMA DE DRENAJE EN TUNELES 14.1- INTRODUCCIÓN

Los sistemas de drenaje se usan en la construcción de túneles y en la geotecnia para drenar al suelo de fundación circundante.

El propósito del drenaje es la estabilización de las secciones de suelo en el área de la obra.

Según los requerimientos del proyecto, DSI ofrece dos sistemas diferentes para trabajos de drenaje. El campo de aplicación incluye roca fracturada así como suelo blando.

Los túneles de carretera disponen de un sistema de drenaje para recoger las aguas superficiales de la calzada en las bocas, las de infiltración provenientes del terreno, el agua de lavado, los vertidos accidentales de un camión cisterna y el agua de lucha contra incendios.

Cuando el transporte de mercancías peligrosas está permitido, el drenaje de líquidos tóxicos e inflamables constituye una mayor problemática. Los colectores específicos son esenciales para reducir el tamaño de las láminas de líquidos peligrosos susceptibles de formarse en el caso de derrame de un camión cisterna. Este sistema de drenaje puede tener un efecto importante sobre el tamaño del incendio resultante a consecuencia del derrame de líquidos inflamables.

Los sistemas de drenaje constan de ranuras para recogida de líquidos contaminantes, canaletas, colectores, depósitos y bombas, separadores aceite-agua y sistemas de control para la recogida, almacenamiento, separación y eliminación de vertidos que podrían quedar en la calzada. En algunas ocasiones se especifica el uso de canales ranurados para maximizar la eficacia del drenaje. Los

depósitos y bombas se sitúan habitualmente en las bocas y puntos bajos.

14.2.- LANZAS DE VACIO AT - TUBESPILE 14.2.1.- Introducción

La lanza de vacío AT - TUBESPILE™ forma parte de la familia de productos POWER SET. El sistema consiste en un tubo de acero exterior con un tubo de drenaje en PVC insertado después de los trabajos de perforación. El campo de aplicación principal es el drenaje temporal o semi-temporal del suelo alrededor de la geometría de excavación en la construcción de túneles y obras especiales de ingeniería civil.

14.2.2.-Campos de aplicación

■ Trabajos de drenaje alrededor de la excavación ■ Drenaje con y sin aplicaciones de vacío

■ Trabajos de drenaje en todas las condiciones geológicas 14.2.3.- Principales ventajas

■ Instalación mediante equipos estándares de perforación ■ Componentes de sistema simples y robustos

■ Instalación segura y simple

■ Perforación de drenaje y entubación en un sólo paso ■ La instalación autoperforante conserva el suelo

14.2.4.- Descripción del sistema

Las lanzas de vacío AT - TUBESPILE™ se instalan de manera roto-percutiva en un sólo paso usando un equipo de perforación convencional. Las barras de perforación al interior de la vaina transfieren la energía de la perforación a las brocas de perforación, las que se pueden suministrar como brocas de botones con refuerzos de Widia o como brocas en forma de arco endurecidas.