Túneles

Universidad Austral de Chile
Facultad de Ciencias de la Ingeniera

Escuela Ingeniera en Construccin
"IMPERMEABILIZACION
TUNEL LAS RAICES."
Tesis para optar al ttulo de:

Ingeniero Constructor.
Profesor Patrocinante:
Sr. Adolfo Montiel Mancilla.
Constructor Civil.
ALEXIS ANTONIO HERMOSILLA PALMA

VALDIVIA -CHILE
2005
INDICE DE MATERIAS
CAPITULO I
1 Generalidades. 1
1.1 Tneles a travs del Tiempo. 1
1.2 Por qu un Tnel?. 3
1.3. Principios Bsicos de Diseo 4
1.3.1. Mantenimiento de la Capacidad Portante de la Roca 6
1.3.2. Sostenimiento Flexible. 6
1.3.3. Control y Supervisin de la Excavacin. 7
1.4 Mtodos Constructivos. 8
1.4.1 Criterios para la Evaluacin de los Mtodos de Ejecucin de Tneles 8
1.4.2 Variables o Caractersticas de la Roca Matriz y del Macizo Rocoso 10
1.5 Mtodos de Excavacin o Avance 12
1.5.1 Excavacin con Explosivos 12
1.5.2 Excavaciones Mecnicas Con Mquina 13
1.5.3 Excavacin Mecnica con Mquinas Integrales No Presurizadas 13
1.5.4 Excavacin Mecnica con Mquinas Integrales Presurizadas 13
1.6 Influencia del Terreno en El Sistema Constructivo 16
1.7 Seccin Transversal de un Tnel 18
1.8 Los Tneles y El Agua 19
1.9 La Superficie de Estado 23
1.9.1 Empleo de la Tcnica de Congelacin de Suelos 24
CAPITULO II
2 Sistemas de Impermeabilizacin de Tneles 26
2.1 Influencia del Agua 26
2.1.1 Impermeabilizacin en Franja Capilar 26

2.1.2 Impermeabilizacin en Zonas de Saturacin 26
2.1.3 Impermeabilizacin en Agua Subterrnea 26
2.2 Impermeabilizacin de Tneles 27
2.2.1 Beneficios de La Estanqueidad 28
2.3 Requisitos a Tener en Cuenta en un Proyecto 29
2.4 Materiales para la Impermeabilizacin Principal 33
2.4.1 Geotextiles 33
2.4.2 Procedimiento De "Jet Grouting" 36
2.4.3 Impermeabilizacin Mediante Membranas Asflticas 37
2.4.3.1 Descripcin del Producto 37
2.4.3.2 Anlisis de sus Propiedades 39
2.4.3.3 Aplicaciones 42
2.5 Hormign Proyectado 42
2.5.1 Ventajas 43
2.5.2 Recomendaciones 44
2.5.3 Mtodos de Ensayo 44
2.6 Impermeabilizantes de PVC 46
2.6.1 Impermeabilizacin de Tneles 47
2.6.2 Proteccin de Impermeabilizacin 48
2.6.3 Colocacin 49
2.6.4 Presentacin y Almacenamiento 49
CAPITULO III
3 Impermeabilizacin Tnel Las Races 50
3.1 Descripcin de la Obra 50
3.2 Trabajos Previos; Inspeccin Tcnica 52
3.2.1 Proyecto de Reparacin Considerado en Relacin a las Filtraciones 52
3.2.2 Condiciones Expuestas en los Sondajes Ejecutados. 53
3.2.3 Otras Observaciones 56

3.2.4 Conclusiones y Recomendaciones 58
3.3 Especificaciones Tcnicas 60
3.3.1 Procedimiento de Trabajo 60
3.3.2 Inyecciones 62
3.3.3 Grouts 62
3.3.3.1 Tipo A 62
3.3.3.2 Tipo B 63
3.3.3.3 Tipo C 63
3.3.4 Procedimiento de Trabajo 63
3.4 Aplicacin de Membrana Impermeabilizante 66
3.4.1 Aplicacin de Membrana de PVC 68
Conclusiones 71
Bibliografa 74
Anexos 75
INDICE DE CUADROS
Cuadro 1 Criterios para la Evaluacin de los Mtodos de Ejecucin 9
de Tneles
Cuadro 2 Mtodos de Excavacin 14
Cuadro 3 Propiedades de la Membrana Impermeabilizante 68
INDICE DE FIGURAS
Figura N 1 Seccin Transversal de un Tnel 18
Figura N 2 Los sistemas de impermeabilizacin primaria 30
Figura N 3 Impermeabilizacin Mediante Geotextiles 33
Figura N 4 Procedimiento de JET GROUTING 37
Figura N 5 Ensayo del Hormign Proyectado 45

INDICE DE FOTOGRAFIAS
Fotografa N 1 Impermeabilizante de PVC 48
Fotografa N 2 Mapa Rutero Zona Temuco-Lonquimay 51
Fotografa N 3 Zoom Zona Tnel las Races 51
Fotografa N 4 Proceso de Termofusin de Membranas 67
Fotografa N 5 Proceso de Sellado de Clavo de Fijacin 67

Gracias Seor Jess por permitirme
terminar esta etapa de mi vida, por cumplir
tus promesas en mi vida.
Especialmente a mis Padres, pilar

fundamental para concluir la meta
emprendida.
AGRADECIMIENTO
Muchas son las personas que participaron en la realizacin de esta investigacin.
En primer lugar debo agradecer al Profesor Adolfo Montiel Mansilla por su colaboracin
y apoyo en el logro de esta tesis.
A todas las personas que me apoyaron en el desarrollo de este documento; al Sr.
Angel Llanquihuen, Ingeniero Civil de Empresas Ferrovial Agroman S.A., profesional a
cargo del proyecto "Tnel las Races", al Sr. Ral Baena, capataz de
impermeabilizacin; Sr. Eduardo Leclere, Constructor Civil de Zaartu Ingenieras; Sr.
Eric Moraga, Vialidad IX Regin.
Y como no agradecer a mis amigos que con mucha preocupacin me insistan en
terminar esta etapa como Gustavo y Faby, slo por nombrar algunos. A BARZA SA que
tantas alegras nos trajo. Como olvidar a la "pancha" que me acompa en los 5 aos de
mi vida valdiviana, muchas gracias tambin a Paula Soto y la ta Norma, realmente se
pasaron.
A mi hermana Katy, y nuevamente a mis padres Marcos y Mara...
Amorcito, llegaste en el momento justo me diste las fuerzas y la motivacin que
faltaban para terminar esta etapa, TE AMO. A todos ellos de corazn les digo.........
MUCHAS GRACIAS Y QUE EL SEOR LES BENDIGA!!!!
Todo lo puedo en Cristo que me fortalece
Filipenses 4:13
RESUMEN.
La construccin de tneles cuenta con muchas alternativas para conseguir los
resultados que se requieren; en lo que dice relacin con los mtodos para las
excavaciones, como en los diferentes materiales y tcnicas que se emplean para la
impermeabilizacin de stos.
La impermeabilizacin de este tipo de estructuras es uno de los tems mas
relevantes al momento de disear el proyecto, la influencia del agua puede, en muchos
casos, llegar a ser trgico" para el tnel causando fallas estructurales y molestias a los
usuarios. Para evitar estos casos se utilizan distintas tcnicas de impermeabilizacin
entre las que encontramos las membranas de PVC, membranas asflticas, inyecciones
de hormigones especiales y la aplicacin de membranas de espuma poliorrefinadas.
La espuma poliorrefinada es lo que analizaremos en profundidad con el caso
prctico de la impermeabilizacin del Tnel las Races. En esta obra se aplicaron dos
membranas, en primer lugar una membrana de PVC y sobre ella la espuma, esto se hizo
en los lugares en que el tnel presentaba mayores filtraciones, en los casos de menor
flujo de agua slo se aplic la espuma.

SUMMARY.
The tunnels construction counts with many alternatives to get the aftermaths that
are required; in it that he says relation with the methods for the excavations, I have a
meal in the different materials material and techniques that are used for the waterproofing
of these.
The waterproofing of this fellow of structures is one of the items but reeast winds in
a minute I lay plans to design the project, he influences her give (subj) louses up it can be
able to in many instances, to arrive to being. they utilize distinct the waterproofing
techniques that poliorrefineades find the the PVC, asphaltic-membranes, injections
membranes of especial concrets and the membranes application of foam among to avoid
these cases.
The poliorrefinead foams it am it that we will examine in depth with the practical
case of the waterproofing of the tunnel the roots. they applied two membranes in this
work, in the first place a the PVC and envelope membrane she foams it, this was made
in the places in that the tunnel was showing elders leaks, in the cases of younger flow of
water only the foam was applied.

INTRODUCCION
Gran parte del territorio chileno se desarrolla entre dos cordilleras; la Cordillera de Los Andes,
columna vertebral de Amrica Latina y la Cordillera de La Costa. Chile se encuentra cubierto
aproximadamente en un 70% por montaas, cerros y lomajes. Ello, sumado a su actividad minera, ha
exigido una cantidad considerable de socavones y tneles.
Desde la fundacin del Ministerio de Obras Pblicas, todos los tneles de los ferrocarriles, de
las obras hidrulicas y de los caminos, estuvieron a su cargo.
Toda esta actividad tunelera creciente en nuestro pas, hace que la ingeniera chilena est
particularmente interesada en esta materia, aplicando nuevas tcnicas de proyecto y de construccin
para los proyectos viales, dado que la ejecucin de proyectos de tneles se ha visto en aumento en
directa relacin a la creciente demanda de construccin de diversos proyectos viales.
El conveniente desarrollo de estas obras viales ha necesitado de la capacitacin e innovacin
en materia de soluciones viables y eficientes en las reas de Mecnica de Rocas y Suelos y a la vez
de la Geologa aplicada a la Ingeniera utilizando tambin diversas tcnicas desarrolladas
primeramente en el mbito de la minera, presentndose stas como herramientas tiles al momento
de disear el tnel, como por ejemplo; metodologa de la excavacin, lo cual, es una parte muy
preponderante al momento de pensar en la construccin de un tnel teniendo como variables el tipo
de suelo, longitud, etc.. Adems se utilizan estas tcnicas, como veremos en forma ms detallada, en
la remodelacin y mejoramiento de este tipo de estructuras
Uno de los principales problemas que se presenta al momento de ejecutar un proyecto de
construccin de un tnel, es la filtracin de agua proveniente de las napas subterrneas hacia el
interior de la bveda, trayendo con esto posibles fallas estructurales en el revestimiento del tnel,
accidentes de trnsito causados por el pavimento mojado y otras posibles molestias a los usuarios.
Por este motivo es que la impermeabilizacin de los tneles se considera como una tarea primordial y
uno de los tems ms estudiados al momento del desarrollo de un proyecto de esta ndole.
Para cumplir con el efecto impermeabilizador se cuenta con membranas de distinto origen, ya
sea fabricadas a partir de un compuesto bsico de PVC, geotextiles, membranas asflticas, bases
cementosas y membranas de caucho; las cuales, presentan diversas propiedades que las hacen ms
o menos eficientes como soluciones a las filtraciones de un tnel en especfico, adems de la
membranas existen tambin otro tipo de soluciones para las filtraciones, como es el caso de las
inyecciones de soluciones cementosas hacia en interior de la roca circundante al tnel, en los lugares
en donde dichas filtraciones son ms abundantes.
Durante el desarrollo del presente documento se ejemplificar lo antes descrito mediante la
experiencia de las obras de mejoramiento del Tnel Las Races, ubicado en la IX Regin de nuestro
pas; este antiguo tnel diseado en sus orgenes para el trnsito ferroviario con el correr del tiempo
fue siendo utilizado para el flujo vehicular, ya que, es parte de la ruta del Paso Internacional Pino
Hachado. En la ejecucin de este proyecto se utilizaron tcnicas de impermeabilizacin ya probadas,
sin embargo hubo que desechar la solucin primaria, consistente en inyecciones, debido a los
resultados extrados de estudios realizados con anterioridad y que se detallarn en el capitulo
concerniente a los trabajos realizados en el Tnel Las Races.

OBJETIVO GENERAL.
Elaborar un estudio descriptivo de los procesos de construccin e
impermeabilizacin de un tnel, analizando las distintas etapas de las que se compone y
los diversos materiales que se emplean.
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
> Estudiar alternativas de en la metodologa de construccin de los tneles.
> Analizar y describir los distintos materiales que se emplean en la
impermeabilizacin de un tnel y sus distintas disposiciones.
> Para finalizar se ejemplifica lo antes visto con lo desarrollado en la
impermeabilizacin del Tnel las Races, el tipo de material que se emple y el
por qu se decidi ocupar.

1
CAPITULO I: GENERALIDADES
TUNELES A TRAVEZ DEL TIEMPO
Los tneles son una de las pocas realizaciones humanas que han sido, y
probablemente seguirn siendo, usadas para propsitos similares por diferentes
culturas y grupos humanos, desde la Antigedad Histrica hasta nuestros das. No
ha ocurrido as con otros inventos de la Humanidad como por ejemplo la plvora, la
brjula o la imprenta, conocidos por los chinos muchos aos antes que los europeos,
pero que eran usados de forma diferente a su empleo convencional posterior. Una
breve resea histrica nos hace comprender mejor la anterior afirmacin.
El primer tnel del que se tiene conocimiento fue construido en la antigua
Babilonia, bajo el ro Eufrates y su finalidad era permitir el paso entre el Palacio Real
y el Templo, que estaban situados a distintas orillas del ro.
Fue revestido con ladrillos y tena una longitud de aproximadamente 900 m.
Su construccin se realizo entre los aos 2180 y 2160 Antes de Cristo, es decir, hace
ms de 41 siglos. El segundo tnel mas conocido fue construido por los Hebreos en
Jerusaln, para asegurar el suministro de agua por gravedad a la ciudad, ante un
posible asedio por parte de los asirios. El tnel con una longitud aproximada de 525
m, ha permanecido intacto hasta nuestros das, datndose su construccin hacia el
ao 704 Antes de Cristo.
El tnel de la Isla de Samos, hoy da todava en uso, fue construido en el siglo
VI Antes de Cristo para llevar agua por gravedad a la ciudad de Samos a travs de
una montaa. Su longitud aproximada es de 1000 m, con 1,80 m de altura y 1,80 m
de ancho. El ingeniero que llev a cabo la obra fue, segn Herodoto, Epalinus.El
cuarto y quinto tnel ms antiguos de los que se tiene conocimiento, fueron
mandados construir durante el reinado del emperador romano Augusto, para servir
2
de comunicacin entre la ciudad de Npoles y la villa imperial situada en las
cercanas de Pozzuoli. El ms largo, denominado hoy da La Grotta di Sejano tiene
una longitud de 750 m. , siendo su ancho variable entre 4 y 6 m. El ms corto, que
fue descrito por Seneca, tiene una longitud de 700 m. siendo su ancho variable entre
2,4 y 3,1 m. , estando su altura comprendida entre 2,6 y 5,1 m. Se le conoce hoy da
como la Grotta di Posilippo.
El sexto tnel fue escavado en la dcada comprendida entre los aos 41 y 51
Despus de Cristo, en la poca del Emperador Claudio, con el propsito de dragar el
Lago Fucino, al norte de Roma. Su longitud era de 1050 m., siendo su ancho de 2,7
m y 5,7 m. de altura Su inauguracin fue un rotundo fracaso, ya que cuando se abri
no entro prcticamente nada de agua en el emisario.
Se comprende, por tanto, que desde la antigedad histrica, los tneles han
sido usados de modo similar a como hoy da se hace, salvo en lo referente al
desarrollo de nuevas tecnologas que implican la utilizacin ms intensiva del medio
rocoso en profundidad. As desde un punto de vista funcional los tneles se clasifican
en:
Hidrulicos: Conduccin de agua por gravedad o bajo presin en
canales, presas, centrales hidroelctricas, saneamiento de ciudades, etc..
Vas de Comunicacin: Ferrocarriles, carreteras, ferrocarriles
metropolitanos, accesos peatonales, etc..
Sistemas de Defensa: Silos atmicos, centros de transmisiones y
comunicaciones, depsitos de aprovisionamiento militar, etc..
Depsitos de Almacenamiento: Materiales radiactivos, gases, petrleo y
derivados del mismo, etc.
Explotaciones mineras.
3
POR QUE UN TUNEL?
Un tnel se presenta con frecuencia como una solucin alternativa de otras a
cielo abierto. Chile, nuestro pas tiene una accidentada orografa a causa de grandes
sistemas montaosos, esto ha dado origen a construcciones de tneles de carretera
de razonables longitudes para poder enlazar en forma ms expedita ciudades o
lugares de importancia y facilitar los transportes ms diversos. Adems dado al
notable crecimiento en la ltima dcada de la actividad econmica de nuestro pas ha
sido necesario estudiar nuevas alternativas de transito a las ya existentes (tneles
paralelos), mejorando as los niveles de servicios de nuestros caminos.
Para seleccionar la mejor alternativa o solucin es necesario proceder
sistemticamente; primero un estudio previo, que permita recomendar una solucin
(a veces varias) y el ao ptimo de su puesta en servicio. Luego viene la etapa de
anteproyecto de la o las soluciones recomendadas y por ltimo el proyecto de la obra
completa. A continuacin se indican las fases que se deben considerar al construir
un tnel:
El objetivo de la obra subterrnea
La geometra del Proyecto: trazado y seccin tipo
La geologa y geotecnia del macizo
El sistema Constructivo
La estructura resistente: el Clculo
Las instalaciones para la explotacin

4
PRINCIPIOS BASICOS DE DISEO
Con independencia del uso futuro de la excavacin, que puede sin embargo
condicionar la necesidad de disponer de un revestimiento definitivo como se expresa
ms adelante, una vez seleccionado un trazado, existen tres reas principales a
considerar en el diseo de la obra subterrnea.
Una de ellas es la estimacin de las dificultades asociadas con el terreno y el
agua, existen a lo largo del trazado, as como la afeccin del medio ambiente, que
hoy por hoy es uno de los principales tems a tomar en cuenta al momento de
construir cualquier estructura; por otro lado se deben considerar las estructuras
prximas a la traza.
Entra dentro de ste rea la modelizacin del comportamiento de los terrenos
a excavar, con especial atencin a la presencia de terrenos metaestables, cruce de
zonas debilitadas y fallas, posicin del nivel fretico, cruce de zonas con elevada
presin de agua, suelos dispersables bajo nivel fretico, etc. Por otra parte es ahora
imprescindible considerar como ya se dijo anteriormente la afeccin del medio
ambiente, la afeccin a estructuras prximas o a sistemas de afeccin de acuferos,
etc..
Tambin se deben considerar las cargas a soportar por el tnel, el diseo de
los elementos de sostenimiento y la estimacin de los movimientos inducidos por la
excavacin.
Cae dentro de sta rea de estudio la determinacin del estado tensional del
terreno afectado, la distorsin de ste estado por la presencia de fallas, zonas
milonitizadas o elevadamente fracturadas, etc. Es significativo por ejemplo el caso
del denominado tnel parietal, que es aquel que discurre por una ladera muy prximo
5
a la superficie y en donde existe normalmente un estado tensional asimtrico de la
formacin, etc..
Por otra parte son numerosos los sistemas existentes de diseo del
sostenimiento y clculo de la carga de terreno, que van desde los clculos empricos
basados en una clasificacin geomtrica, hasta los modelos matemticos basados
en comportamientos elsticos y elastoplsticos, con la aplicacin del mtodo de los
elementos finitos, muy desarrollados desde el uso intensivo de los modernos
sistemas de clculo informtico y que han propiciado la existencia de numerosas
aplicaciones especficas para el diseo de tneles.
La eleccin de los sistemas de excavacin ms adecuados es primordial,
stos hoy en da permiten: realizar el sostenimiento, al menos principalmente, antes
de proceder a la extraccin del terreno proceder a una estabilizacin y refuerzo de
sus propiedades mecnicas antes de la extraccin (inyecciones de variado tipo, jet-
grouting, congelacin de terrenos, etc.); o bien dotar de una presin interna a la
cavidad creada que ayude a su soporte (aire comprimido, escudos mecnicos con
bentonita, topos, etc..)
Cae tambin dentro de esta rea la eleccin del sistema ms idneo de
arranque del material que haga mnimo el dao que se produce con la excavacin al
terreno circundante.
Las tcnicas de excavacin que veremos ms adelante juegan un papel
importante dependiendo si el rea en donde se va a realizar la excavacin es muy
compleja.
Un tnel con filtraciones es un drenaje con consecuencias respecto al
rgimen fretico del terreno suprayacente. Esto puede acarrear inconvenientes con
respecto a la agricultura, desecar pozos de abastecimiento, etc. En reas edificadas

6
puede originar asientos y averas, o incluso la ruina de edificaciones. Esto ha
ocurrido con mucha frecuencia pero un caso particularmente espectacular se
present en Oslo, en donde unas filtraciones, realmente escasas, en un tnel de
comunicaciones, desecaron una pequea cuenca subterrnea prcticamente
cerrada, con escasa aportacin externa, ocupada principalmente por estratos de
arcilla blanda, lo que origin grandes asientos y daos.
Es por lo tanto necesario que el diseo del tnel est integrado, y tenga
presente las tres grandes reas que condicionan la actividad futura de la
construccin.
1. Mantenimiento de la Capacidad Portante de la Roca
La componente esencial del sostenimiento del tnel es la propia roca, por lo
que para garantizar esta funcin. Debe ser excavada adecuadamente para evitar que
se afecten sus caractersticas geomecnicas. Adems mediante la adecuada
colocacin en el tiempo de un sostenimiento se debe evitar su alteracin y
debilitamiento.
Es necesario recalcar la conveniencia de evitar la concentracin de tensiones,
ya que sta destruye la roca, por lo que estas concentraciones deben limitarse a
zonas de pequea rea, eligiendo adecuadamente la seccin tipo de excavacin
teniendo en primera aproximacin a formas en general muy redondeadas.
2. Sostenimiento Flexible
Si es necesario, se debe colocar un sostenimiento flexible en el momento
adecuado, debiendo ste permitir las deformaciones necesarias en el terreno para
lograr la descarga y debiendo evitar las deformaciones excesivamente grandes que
tiendan a debilitarlo.
7
Un aspecto esencial es que en terrenos difciles se debe lograr un cierre
completo del sostenimiento lo ms rpidamente posible para formar un anillo
resistente que estabilice la roca afectada por la excavacin.
3. Control y Supervisin de la excavacin
Para conseguir la adecuada informacin que permita la toma de decisiones es
imprescindible llevar a cabo una medicin continua de las deformaciones que se
producen en el interior de la cavidad, y de las tensiones sobre el sostenimiento. Por
otra parte todos los elementos de sostenimiento se deben y de hecho se pueden ir
adaptando a los cambios en las condiciones del terreno, ya que esta es una
informacin que tambin se desprende del control de mediciones que se realice.
Normalmente y debido a su bajo costo, la auscultacin se realiza mediante la
medicin de convergencias en secciones instrumentadas que tpicamente, y para
condiciones medias de excavacin, se sitan a distancias entre 15 y 40 m. y cuya
frecuencia de lectura decrece, en condiciones normales, segn se va alejando del
frente de excavacin.
8
METODOS CONSTRUCTIVOS
Criterios para la Evaluacin de los Mtodos de Ejecucin de Tneles
En el cuadro que se encuentra a continuacin he resumido lo que se puede
llamar criterios de evaluacin a aplicar, en el caso de una obra subterrnea.
Por una parte, sealamos el origen o procedencia de la problemtica a
considerar. Son las llamadas condiciones que imponen el pas o el entorno; las
propias necesidades de Proyecto (diseo o funcionalidad); las caractersticas del
macizo rocoso a atravesar, y, finalmente, el tipo y lmite de las prestaciones que
ofrecen los equipos que pudieran seleccionarse en principio.
Cabe destacar del cuadro citado, por una parte, la clasificacin de los macizos
rocosos los que inciden directamente al momento de seleccionar el mtodo para
ejecutar el tnel.
Los macizos rocosos poseen muchas clasificaciones las que toman
parmetros como la resistencia a compresin simple, el factor conocido como RQD
que mide la fracturacin y as otro tipo de factores que afectan al momento de decidir
que tipo de excavacin usamos.

9
CONDICIONES DE: FUENTES DE INFORMACION (Mtodos de Trabajo) VARIABLES O FACTORES A EVALUAR:

1- El Pas Restricciones que impone la legislacin o normativa sobre: Mano de Obra
Materiales
Equipos
2- El entorno del proyecto Legislacin o normativa de obligado cumplimiento (general o local) Vibraciones, ruidos, polvo
(ecologa del entorno) sobre: Afectacin a obras prximas (subsidencias)
Otras limitaciones en reas urbanas/industriales
3- El proyecto (o el diseo) FUNCIONALIDAD: Normas generales relativas a: Carreteras / FF.CC. / Obras Hidraulicas / Energa
Formas / Dimensiones de la Seccin
SECCIONES DE PROYECTO (Estabilidad, resistencia) tipo
Cmaras, accesos
Impermeabilizacin, drenajes
Caractersticas del TRAZADO Longitudes / Pendientes / Curvas en la seccin tipo
Id de accesos y otros
4- El macizo geolgico (o el CLASIFICACION de macizos rocosos (clasificacin de E Resistencia Dureza Caracterst.
macizo rocoso) rocas) N Tenacidad Abrasividad de la roca
S Perforabilidad Matriz
A P. especfico / Compos. Qumica
INVESTIGACIONES Sondeos / Catas Y Petrografa / Mineraloga / Litologa Caracterst.
Geotcnicas Geofsica (ssmica, O Fracturacin Del
microssminca...) S Discontinuidades y su frecuencia macizo
Contenido de agua (y otros fluidos)
Lab. Estado tensional Interno
5- El equipo de
Construccin FABRICANTES de equipo Rendimiento-tiempos (Lmites del proyecto)
Caractersticas de las mquinas ( en relacin con las se-
aladas y otras del equipo)
CUADRO 1
10
Variables o Caractersticas de la Roca Matriz y del Macizo Rocoso
Siguiendo el cuadro anterior har unos comentarios sobre definiciones y
mtodos de medidas de estas variables.
Resistencia y Dureza
Usualmente, de las dos variables que miden la resistencia, a compresin
simple y a traccin, en la tecnologa de equipos y, por tanto, en su seleccin, se
emplea slo la primera. La resistencia a compresin simple se obtiene en laboratorio
sobre muestras de la roca matriz de dimensiones Standard (normalmente de relacin
altura/dimetro = 2/1).
La dureza define la aptitud de corte de la roca, sea por la resistencia que sta
opone a la penetracin de un til de ensayo (mtodo NCB y Ensayo CERCHAR), sea
por la altura del rebote en otros mtodos de medida (martillo SCHMIDT o
escleroscopio SHORE).
Puede decirse que la excavabilidad de la roca o, mejor, su perforabilidad tiene
ms que ver con la dureza que con la resistencia a compresin; pero tambin es
cierto que hay una correlacin estrecha entre ambas variables y que, a efectos
prcticos, es admisible considerar como factor inicial, al hablar de excavabilidad, la
resistencia a compresin.
Tenacidad
Es caracterstica a tener en cuenta en ciertas rocas de estructura fibrosa,
como el yeso o la serpentina, que, siendo rocas blandas, pueden presentar
dificultades para el corte o desintegracin mecnica, ms relacionados con esta
caracterstica que con la dureza. Sirva la referencia para recordar que, en estos
casos pueden convenir los ensayos de tenacidad.

11
Abrasividad
Es una caracterstica importante para estimar, sobre todo, los costes de los
sistemas de ejecucin, pues afecta tanto al corte mecnico como a la perforacin de
la roca.
Perforabilidad
As como para las otras variables o factores a cuantificar hay consenso
general en el concepto y existen, simplemente, diversos mtodos de ensayo, todava
no existe un ensayo, con cierta aceptacin, para medir la perforabilidad. Continan
las discrepancias, desde considerar la perforabilidad definible a partir de la
resistencia a compresin y la abrasividad, hasta proponer el ensayo in situ de cada
roca concreta, como nico criterio fiable.
Fracturacin
Es un factor muy importante, pues cuanto mayor sea la fracturacin real que
las rocas matrices de cada macizo puedan presentar, mayor es la posibilidad de
excavarlas, al menos por corte, rozado o rippado mecnicos. En cuanto al uso de
explosivos, hay contradiccin entre la dificultad de perforacin y la ventaja de
reduccin de carga en una roca medianamente fracturada.
El mtodo ms comn de medir la fracturacin es el ndice RQD, que evala
el % de testigo recuperado de un sondeo a rotacin de al menos 4 de dimetro. Se
considera testigo recuperado al conjunto de trozos que superan los 10 cm.
Hay que sealar tambin que la ssmica, que puede facilitarnos datos iniciales
de orden de magnitud de la resistencia, es aplicable, sobre todo, a la fracturacin,
con ensayos exteriores sobre los afloramientos o incluso en el interior de los
sondeos.
12
Discontinuidades y su frecuencia
Siendo un factor importantsimo para la idoneidad de un sistema de
excavacin, no hay metodologa concreta de laboratorio y la apreciacin tiene que
hacerse de forma visual por el examen de calicatas o testigos de sondeos, aparte de
la informacin inicial que puede obtenerse por ssmica.
METODOS DE EXCAVACION O AVANCE
Los mtodos constructivos se clasifican en cuatro grupos, que se describen a
continuacin:
1. Excavacin con explosivos:
Durante muchos aos ha sido el mtodo ms empleado para excavar tneles
en roca de dureza media o alta, hasta el punto de que se conoci tambin como
Mtodo Convencional de Excavacin de Avance de Tneles. La excavacin se hace
en base a explosivos, su uso adecuado, en cuanto a calidad, cantidad y manejo es
muy importante para el xito de la tronadura y seguridad del personal, generalmente
se usa dinamita. La excavacin mediante explosivo se compone de las siguientes
operaciones:
Perforacin
Carga de explosivo
Disparo de la carga
Evacuacin de humos y ventilacin
Saneo de los hastiales y bveda
Carga y transporte de escombro

13
Actualmente, puede decirse que el avance con explosivos sigue siendo,
estadsticamente, el mtodo ms frecuentemente aplicado, y el que ofrece
posibilidades de empleo, con muy pocas excepciones.
2. Excavaciones mecnicas con Mquina:
Se consideran en este grupo las excavaciones que se avanzan con maquinas
rozadoras; con excavadoras, generalmente hidrulica brazo con martillo pesado o
con cuchara, sea de tipo frontal o retro-; con tractores y cargadoras (destrozas) e,
incluso, con herramientas de mano, generalmente hidrulicas o elctricas.
3. Excavacin mecnica con mquinas integrales no presurizadas:
Esta excavacin se realiza a seccin completa empleando las mquinas
integrales de primera generacin o no presurizadas. Otro rasgo comn es que, en
general, la seccin de excavacin es circular.
4. Excavacin mecnica con mquinas integrales presurizadas:
La baja competencia del terreno suele asociarse a casos de alta inestabilidad
y presencia de niveles freticos a cota superior a la del tnel la primera solucin
aplicada a los escudos mecanizados abiertos para trabajar en estas condiciones fue
la presurizacin total del Tnel.
Dentro de stos cuatro mtodos constructivos de tneles coexisten los
mtodos de excavacin de ellos, entre los cuales podemos destacar por ser los mas
utilizados los siguientes:
Revisemos en forma esquemtica los diversos mtodos clsicos empleados
en la perforacin de tneles y que se centran fundamentalmente en diferentes
secuencias de excavacin, estos mtodos han sido empleados a lo largo de la
historia con diversos resultados, y en diversas condiciones de terreno:

14
Mtodo Ingls: recibe su nombre por haber sido aplicado
en tneles a travs del tipo de terreno que usualmente se
localiza en Inglaterra, como son las arenas y areniscas. Su
principal caracterstica es proceder el avance de la
perforacin a seccin completa del tnel, en una sola
operacin.
Mtodo Belga: Se basa en los principios que permitieron
la construccin, en 1828, del tnel del Charleroi en el canal
que enlaza Bruselas y Charleroi.
Mtodo Alemn: En este mtodo se procede siguiendo el
sistema de ncleo central, ver figura.
Mtodo Alemn Modificado: Se aplica en el caso en que
durante la operacin de perforacin del tnel a travs de un
terreno bastante firme, surja la aparicin de agua, lo que
origina una alteracin en el mtodo Clsico Alemn en
cuanto a las etapas sucesivas de ataque del frente.
Mtodo Austraco: Los austracos desarrollaron un plan
de trabajo basado en la utilizacin de puntales de madera
formando un sistema de entibacin. La excavacin se
realiza como indica la figura.
Mtodo Italiano: Consiste en extraer solo el medio arco
ms la galera central por la cual se retira la marina, luego
se concreta el medio arco, luego se extrae el resto del
material por zonas y se van concretando los muros
(mtodo similar al mtodo belga).

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En nuestro pas el mtodo ms utilizado es el Nuevo Mtodo Austriaco de
Construccin de Tneles, el cual, ms que un mtodo merece el nombre de
metodologa, pues no construye un procedimiento seriado en concreto, sino que
tiene como caracterstica esencial buscar la colaboracin de la roca o de el terreno,
lo que es un aspecto comn en todas las teoras de equilibrio lmite, ya que, la idea
misma de la bveda de descarga, es una forma de estimar la limitacin de las
presiones sobre el revestimiento, debido a la colaboracin del terreno en los casos
en que forme una capsula estable.
Esta metodologa consiste en la excavacin de piques de acceso de alrededor
de 15 metros de dimetro, por donde se ingresa tanto la maquinaria liviana que
efecta las excavaciones como los equipos y materiales necesarios para la
construccin del tnel.
A partir de este pique se inician las excavaciones, sin recurrir a explosivos
dada la naturaleza favorable del subsuelo, avanzando simultneamente en dos
direcciones opuestas y en tramos cortos de no ms de un metro. Para su
sostenimiento, la bveda del tnel es revestida inmediatamente con hormign
proyectado (shot crete) reforzado con malla metlica, marcos reticulares envueltos
en el hormign proyectado y pernos sellados en toda su longitud. Posteriormente, se
instala el revestimiento definitivo de hormign armado de alta resistencia, hasta
obtener el ancho de las paredes del tnel especificado.
A medida que se avanza, se instalan las mangas de ventilacin, que permiten
efectuar los trabajos al interior del tnel, en una atmsfera libre de polvo.
Este mtodo constructivo de tneles, de desarrollo local, tiene la ventaja de
reducir las interferencias en la superficie a costos similares y equivalentes al mtodo
a "tajo abierto" (cavar y tapar).

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Sin embargo esta metodologa es prohibida en algunos pases como Espaa
debido a hundimientos de terreno tanto en la etapa de construccin como en ya en la
de funcionamiento de estos tneles lo que ha obligado a la evacuacin de personas
en Madrid y la regin de Catalua.
INFLUENCIA DEL TERRENO EN EL SISTEMA CONSTRUCTIVO
Con respecto al sistema de construccin e impermeabilizacin se pueden
distinguir tres tipos de terreno,
- Terreno duro.
- Terreno quebradizo.
- Terreno blando.
Terreno duro: se utilizan procedimientos de excavacin en grandes bloques y
dada la naturaleza del terreno el tnel es estable (por cierto tiempo) no siendo
necesario un sostenimiento previo. En estos casos no hace falta la utilizacin de
revestimientos que soporten el terreno y establezcan un equilibrio, basta con eliminar
irregularidades y rellenar fisuras mediante hormign proyectado, y aplicar despus el
sistema de impermeabilizacin sobre esta superficie ondulada y rugosa.
Por ltimo se revestir con hormign encofrado o proyectado si es necesario
formar la estructura de soporte del tnel, teniendo en cuenta la presin del terreno e
incluso del agua.
Terreno quebradizo: no se puede construir el tnel a seccin completa, es
preciso hacerlo por etapas sucesivas dando lugar a varios tipos de avance (nuevo
mtodo Austriaco, Belga, Ingls, etc.) siendo preciso la realizacin de un
sostenimiento previo en cada fase que garantice la seguridad del tnel y por lo tanto
17
del avance (cerchas, hormign proyectado, bulones, etc.). Es sobre este soporte y
antes del revestimiento estructural, donde se realizar la impermeabilizacin.
Terrenos blandos: en este tipo de casos (plsticos) el tnel tiene que estar
construido en el espacio creado por la mquina tuneladora (T.B.M.) y por tanto es
preciso que la construccin del soporte se efecte 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 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).
Cuando la unin entre dovelas y la impermeabilizacin no sea suficiente para
soportar la presin del agua, es necesario construir un revestimiento interior con
hormign encofrado.
Una vez definidos los procedimientos de impermeabilizacin, segn la
Influencia del terreno, ser importante resaltar la determinacin de consecuencias
para la eleccin del material de impermeabilizacin. Con revestimientos rgidos solo
se necesita un material de flexibilidad muy pequea sin embargo con revestimientos
flexibles (dovelas) solo se puede utilizar materiales con un alto grado de elasticidad.
18
SECCION TRANSVERSAL DE UN TUNEL
La figura muestra un esquema de la seccin transversal de un tnel.
Calzada bidireccional con pistas de 4m c/u
Veredas peatonales de 0,85 m. a cada lado
Canaletas de drenaje de filtraciones y derrame de lquidos
Canaletas para ductos
Glibo til vertical mnimo de 5m., en todas las pistas de circulacin vehicular
Pendiente longitudinal mnima, la que permita un adecuado drenaje.
Zonas de aparcamiento en tneles de ms de 1.000 m.
Figura N 1
19
LOS TUNELES Y EL AGUA
No parece necesario esforzarse para demostrar la influencia del agua fretica,
su caudal, su presin, su temperatura, sobre las distintas etapas de la construccin,
excavacin y puesta en marcha de los tneles. Todos podemos recordar un elevado
nmero de ellos que sufrieron retrasos en su construccin, e incluso paralizaciones
que duraron aos, por esta causa. Igualmente, otros muchos experimentaron y
experimentan dificultades en su explotacin e incluso en su permanencia, y en el
caso que veremos detalladamente ms adelante durante todo su funcionamiento,
eso si, debido a la antigedad del tnel y la escasa tecnologa disponible para ese
entonces.
Por otra parte, el tnel tambin influye en el agua fretica, lo cual puede tener
consecuencias de muy diverso gnero (asientos, hinchamientos, inundacin de
stanos, depresin de la capa fretica con prdidas de rendimientos de pozos,
decaimiento de la vegetacin, etc.) que pueden tener lugar a distancia mucho
mayores de las que pueden alcanzar las acciones mecnicas de la excavacin de la
cavidad.
Segn la literatura consultada podemos clasificar estas influencias en tres
grupos:
1. Interferencia de un caudal de agua demasiado elevado, y, en algunos casos,
demasiado caliente, con las operaciones constructivas. Esta interferencia
puede ser puramente mecnica, es decir, que dificulte o incluso impida el
trabajo, en medio de una fuerte corriente de agua. Pero en otros casos, el flujo
es capaz de desencadenar una erosin regresiva o incluso una solifluxin

20
2. Inestabilidad de la cavidad excavada, producida en parte por la degeneracin
de las cualidades resistentes del terreno. En otra parte, a veces la ms
importante, por las fuerzas de filtracin en la aureola de terreno alrededor del
tnel. Es sta una inestabilidad de masa que no siempre es fcil de diferenciar
de las manifestaciones erosivas del grupo anterior, pero que es preciso tratar
de manera distinta: la erosin puede ser detenida con dispositivos de
captacin y filtrado, que no tendran el menor efecto sobre los fenmenos de
ste segundo grupo.
3. Efectos del tnel sobre su faja de influencia. Los debidos a la influencia sobre
el agua fretica se superponen a los que son consecuencia de la
descompresin producida por la excavacin. Pero podemos identificar lo
siguiente:
3.1 Esta descompresin ser mayor cuando hay agua, debido a los efectos
referidos el los dos puntos anteriores.
3.2 Se producen efectos de otra clase, debidos a la alteracin que la
construccin del tnel, y, posteriormente, su presencia como inclusin
impermeable, origina en el agua fretica (y con mayor razn, si tiene
filtraciones en uno o en otro sentido). Es caracterstico que estas
acciones alcancen distancias mucho mayores que las debidas a la
descompresin, y que puedan traducirse en asientos pero tambin en
levantamientos.
3.3 Mientras que los efectos citados en el punto anterior suelen tenerse en
cuenta habitualmente, y han sido objeto de atencin en numerosas
publicaciones, hay otros que con frecuencia son soslayados.
La alteracin de los regmenes hidrogeolgicos muchas veces grande
durante la construccin, muy superior a la que produce el tnel
terminado, ocasiona con frecuencia perjuicios a las captaciones de agua

21
subterrnea que pueda haber en el rea de influencia, pero, adems,
tiene consecuencias sobre el medio ambiente, que pueden ser
irreversibles.
En efecto, un rebajamiento del nivel fretico prolongado durante unos
cuantos meses es capaz ocasionar cambios permanentes en las
asociaciones vegetales del rea afectada. Pero, adems, es
relativamente frecuente que el nivel anterior no se reponga jams, o al
menos tan slo al cabo de un largo tiempo, con ocasin de un ciclo de
lluvias excepcionales. Esto de debe a la intensa histresis que
presentan los ciclos de humedad en los suelos semisaturados, y
tambin a la formacin de trampas de aire, y a la desconexin de
sifones capilares.
De estos tres grupos de cuestiones, el primero exige que, en el proyecto, se
haga un riguroso estudio hidrogeolgico del trazado. Las tcnicas geofsicas, tales
como la tomografa, medida de potenciales, etc., pueden tener un papel importante
en esta etapa. Desde el punto de vista constructivo, un caudal importante, pero
proveniente de un depsito fsil, puede no representar un problema grave, pues
decrecer o se extinguir al cabo de algn tiempo. Pero tambin debemos considerar
en estos casos que vamos a producir una alteracin irreversible.
La estimacin de los caudales que van a entrar en el tnel tiene que hacerse
poniendo en juego todas las tcnicas de la hidrogeologa, como sostienen los
grandes investigadores de este tipo de problemas en la construccin de tneles.
En cuanto al segundo grupo de dificultades, las referentes a la estabilidad de
la excavacin, es preciso dividirlo en dos subgrupos, el de los tneles superficiales y
los profundos. En los primeros, como hemos visto antes, siguen teniendo cierta
22
vigencia los mtodos clsicos de clculo, basados ms o menos en las teoras de
empuje de tierras, que, en tneles profundos, estn hoy ya, prcticamente olvidadas.
En estas ltimas, es claro el predominio del Nuevo Mtodo Austriaco (NATM)
como interpretacin fenomenolgica de la plastificacin progresiva de una aureola en
la periferia del tnel. Pero la influencia del agua en este proceso es un tema que
merece una atencin particular.
Hay que hacer notar, ante todo, que esta influencia ha sido de cierta manera
tenida en cuenta en los criterios de clasificacin de rocas.
Contrariamente, la formulacin clsica del NATM considera que las
deformaciones del terreno son consecuencia nica de la planificacin de la aureola,
as como de la deformacin elstica del terreno exterior a ella. Esto equivale a un
clculo de presiones totales, lo cual resulta lcito en condiciones que desde hace ya
muy largo tiempo han sido fijadas en el estudio de otros tipos de problemas. Estas
pueden sintetizarse muy brevemente, aun cuando con ello se pierda precisin,
diciendo que es en los casos en los que las presiones del agua intersticial, o no
existan, o sean constantes, o, por ltimo, que estn de tal manera asociadas a las
tensiones totales, que las tensiones efectivas puedan representarse como funcin de
aquellas.
Es evidente que este no es el caso de un tnel, en el que las presiones del
agua intersticial estn controladas primordialmente por las condiciones de drenaje, y
no por las tensiones. Y es esencial sealar que el estado de estas presiones es
marcadamente un fenmeno transitorio, que sigue el proceso de avance del tnel,
pero sin estar acoplado, aun cuando sea simultneo, con las variaciones del estado
de tensiones en los alrededores del frente de la excavacin.

23
Esto tiene como consecuencia que, en el proceso de deformacin, que
constituye la base del anlisis que el NATM hace del estado del terreno, con la
finalidad de hacer una prediccin sobre la evolucin futura, influyan dos grupos de
funciones escasamente relacionadas entre s: las que definen la fluencia plstica,
teniendo tambin en cuenta la viscosidad estructural del esqueleto slido del terreno
y las que representan la evolucin de la red de movimiento del agua hacia la
excavacin o tambin, en su caso, hacia galeras de drenaje exteriores a la misma, o
pozos profundos destinados a rebajar la capa fretica, procedimiento que vemos
aplicado en varios importantes tneles recientes.
La existencia de deformaciones diferidas es, sin duda, uno de los fenmenos
ms conocidos de quienes aplican el NATM y hasta puede considerarse que es el
que lo hace factible. Por lo tanto, ha sido analizado en numerosos y excelentes
trabajos. Pero, en su gran mayora, no se encuentra el concepto de esta doble causa
de los mismos.
El efecto del agua sobre la estabilidad del tnel no se limita al arrastre y
erosin interna. Hemos hablado antes de un radio de plastificacin en los terrenos
coherentes. Existe tambin por supuesto, un radio de plastificacin en los terrenos
con rozamiento, y este radio se encuentra determinado por las condiciones de
filtracin.
LA SUPERFICIE DE ESTADO
En el caso de que no exista el problema del agua, el terreno exhibe una
capacidad de convergencia que quedad definida por una lnea de terreno que,
juntamente con la lnea de revestimiento, constituyen las herramientas bsicas del
NATM. En cierto modo, esta lnea no es nica, por un cierto retraso de las
24
deformaciones, debido a la viscosidad estructural del terreno. As pues, hay en
realidad toda una familia de lneas de terreno cada una correspondiente a un cierto
retraso en la aplicacin del revestimiento despus de la excavacin en el frente.
Estas lneas del terreno componen una superficie de estado, si aadimos, como
tercera coordenada, el tiempo.
Sin embargo, a pesar de la importancia que esta viscosidad estructural puede
tener esta superficie de estado no ha despertado inters en las tcnicas.
Pero, si existe agua, este efecto de retardo puede ser muy importante, ya que
la llegada del frente implica un cambio muy grande del estado tensional que origina,
a su vez, un cambio de las presiones del agua intersticial , lo cual desencadena un
fenmeno de consolidacin o hinchamiento que, segn la permeabilidad del terreno,
puede se muy lento.
Por lo tanto, tenemos, en lugar de la lnea del terreno, toda una superficie de
estado, tal como la de la figura. Segn la velocidad de avance, y el tiempo que se
tarde en colocar el revestimiento primario, el terreno del tnel pasar por una serie
de estados que pueden definir trayectorias diversas, pero siempre situadas sobre la
mencionada superficie (cuya unicidad, por otra parte, no es perfecta, pero
comparable a la de otras superficies de estado que aceptamos y manejamos).
Empleo de la tcnica de Congelacin de Suelos
Dentro de las diversas aplicaciones de la tcnica de la congelacin de suelos a las
obras pblicas y urbanas es de inters su empleo en la ejecucin de tneles.

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En este tipo de obras, el suelo congelado acta por lo general como elemento
resistente y como impermeabilizacin del recinto frente al flujo del agua, con carcter
provisional en tanto se construye la estructura definitiva.
La congelacin del terreno para la construccin de tneles se ha aplicado en
diversas ocasiones, la mayora de ellas en Europa.
Este procedimiento, que utiliza la circulacin de fluidos criognicos por
sondas, permite la consolidacin temporal de suelos y terrenos inestables
(construccin de tneles, salvamento de obras en caso de desprendimiento de
terreno.
26
CAPITULO II: SISTEMAS DE IMPERMEABILIZACIN DE TNELES
INFLUENCIA DEL AGUA
La impermeabilizacin de un tnel estar influenciada por el tipo y calidad del
agua del terreno.
En general se distinguirn los 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 depende del tipo de agua del terreno y
puede manifestarse de dos formas.
Agua Capilar
Agua de cepa Hdrica
Segn estas dos formas, existe una clasificacin de las medidas a tomar en
cuenta a las tcnicas de impermeabilizacin.
Impermeabilizacin en franja capilar: la cual debe ser efectuada en toda
construccin subterrnea, ya que debern cerrar los poros para evitar que la
humedad llegue al interior segn las leyes de los capilares.
Impermeabilizacin en zonas de saturacin: deber ser una impermeabilizacin
flexible y resistente a la presin del agua. Se deber desviar el agua para que no se
forme presin, normalmente esta agua desviada se recoge en un drenaje longitudinal
del tnel.
Impermeabilizacin en agua subterrnea: deber ser una impermeabilizacin
flexible y cerrada y resistente a la presin del agua subterrnea. Durante la
construccin ser necesario bajar el nivel fretico 0 eliminarlo con aire comprimido.
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En todos los casos es indispensable para la eleccin del material de
impermeabilizacin, el conocimiento de la composicin qumica y condiciones fsicas
del agua y del terreno, ya que ciertas sustancias disueltas en ambos pueden atacar
la impermeabilizacin.
IMPERMEABILIZACIN DE TNELES
Teniendo en cuenta la influencia de los diversos factores, los requisitos y los
tipos de soportes en los trabajos de impermeabilizacin de tneles, como el volumen
de filtraciones existentes y el tipo de revestimiento previsto, la impermeabilizacin
puede comprender desde una hasta cuatro fases:
Fase 1. Impermeabilizacin primaria: sern los trabajos provisionales de
taponamiento o recogida y conduccin de aguas para permitir la ejecucin posterior
de las impermeabilizaciones intermedia y principal.
Fase 2. Impermeabilizacin intermedia: son los trabajos posteriores a la
impermeabilizacin primaria mediante la aplicacin de gunita, hormign proyectado o
morteros. La impermeabilizacin intermedia puede ser de proteccin cuando se
aplica un hormign o mortero proyectado armado de un espesor no superior a 7 cm
en toda la superficie a tratar, de esta forma se consigue proteger el mtodo primario;
o de regularizacin cuando la aplicacin de la gunita u hormign proyectado tiene por
finalidad servir de soporte a la impermeabilizacin principal y su espesor suele ser de
10 a 250 mm.
Fase 3. Impermeabilizacin principal: consistir en la instalacin de un geotextil,
de una membrana impermeable de PVC o cualquier otro material que garantice la
absoluta estanqueidad del tnel.

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Fase 4. Impermeabilizacin posterior: son aquellos trabajos previstos o no,
complementarios de la impermeabilizacin principal o bien trabajos de reparacin
que conduzcan posteriormente a la estanqueidad de la construccin. Su aplicacin
se adecuar segn la importancia de las filtraciones o la calidad del soporte de
ejecucin.
Beneficios de la estanqueidad
Los sistemas tradicionales de impermeabilizacin alcanzan costes muy
elevados por m2, principalmente cuando existen fuertes filtraciones de agua en la
fase de ejecucin, bajas temperaturas o paramentos muy irregulares producidos por
voladuras.
A la hora de disear el tipo de impermeabilizacin de tneles y galeras es
importante asegurar la estanqueidad y buen funcionamiento en el tiempo, puesto
que:
- La penetracin de agua por las fisuras de la roca, amenaza el revestimiento de
hormign, por efecto del hielo tanto en las boquillas como en los tneles cortos.
- El agua de filtracin conduce en Invierno a la formacin de hielo en la calzada, con
el consiguiente peligro para la circulacin de los vehculos.
- El agua de filtracin da lugar a eflorecencias y concreciones calcreas sobre la
superficie interior del revestimiento, con la consiguiente lixiviacin del hormign.
- La impermeabilizacin asegura la proteccin del revestimiento de hormign, contra
la agresividad del agua de filtracin (ejemplo: sulfatos).
La impermeabilizacin de tneles tiene gran importancia, tanto tcnica como
econmicamente, ya que contribuye a mejorar su calidad, conservacin y resistencia.

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Los tneles mal impermeabilizados necesitan de una importante inversin en
mantenimiento, debido a la lixiviacin, los desperfectos de las paredes de hormign y
a la formacin de hielo.
REQUISITOS A TENER EN CUENTA EN UN PROYECTO
Los requisitos de los componentes fundamentales en la impermeabilizacin de
un tnel sern, primero la membrana como elemento impermeable y segundo el
geotextil como elemento de proteccin, para los daos mecnicos como para la
evacuacin de las aguas de filtracin.
Cuando se crea necesario, dependiendo de los caudales de filtracin, se
efectuar una impermeabilizacin 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 efectuar dependiendo de las zonas de mayor
filtracin o no, en cuyo caso su aplicacin ser puntual.
Los drenes tienen carcter provisional y su misin adems de recoger el agua
ser la de presentar unos soportes adecuados para la impermeabilizacin definitiva
posterior.
En el diseo de la impermeabilizacin de un tnel se deber tener muy en
cuenta sus drenajes y la proteccin de los mismos.
El drenaje asegurar la evacuacin sin presin de las aguas de filtracin a
travs de los drenes longitudinales. Dicho drenaje deber tener el dimetro suficiente
(mayor a 20 cm. para facilitar los trabajos de mantenimiento y conservacin), y sus
aberturas de entrada proporcionales al agua de filtracin.

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Los sistemas de impermeabilizacin primaria (drenaje) son:
Figura N 2
- Dren autoformado mediante gunita con acelerante ultrarrpido sobre mangueras
retiradas para formacin de dren.
- Medias caas de material plstico, adosadas al contorno o permetro, en forma de
espina de pez, protegidas en su colocacin mediante pasta de cemento con
acelerante ultrarrpido, capaces de fraguar en presencia del agua y a su vez
protectores de la media caa.
- Dren autoformado mediante pasta de cemento y acelerante ultrarrpido, en forma
de espina de pez, capaz de obturar y fraguar en presencia del agua.
- Media caa de fibrocemento, adosadas al contorno o permetro, en forma de espina
de pez, protegidas en su colocacin mediante pasta de cemento con acelerante
ultrarrpido, capaces de fraguar en presencia de agua y a su vez protectores de la
media caa.
La impermeabilizacin primaria (drenaje) deber ser protegida con gunita o
mortero, debido a la provisionalidad y a la utilizacin de acelerantes de fraguado,

31
tanto para evitar su fisuracin como para conseguir un soporte adecuado para fijar la
impermeabilizacin con membrana.
Entre los requisitos a tener en cuenta en el soporte, se establecern los
siguientes:
- La profundidad de una irregularidad no deber ser superior a 15 cm. respecto a la
superficie de terminacin.
- Los elementos de anclaje y bulonado que sobresalgan del soporte se cortarn en
su parte no funcional.
- No existirn irregularidades con un radio inferior a 20 cm.
- En una irregularidad la relacin profundidad/ extensin debe ser igual o inferior a
1/5.
Por ltimo los requisitos de la impermeabilizacin principal sern los que a
continuacin se detallan:
- La impermeabilizacin deber proteger y envolver la superficie de la obra, de
manera durable contra el agua de filtracin.
- La impermeabilizacin debe ser puesta en obra de manera sencilla, econmica y
racional, sin interrumpir el desarrollo de los trabajos posteriores, e
independientemente que el soporte este hmedo.
- La membrana de impermeabilizacin deber ser suficientemente resistente para
continuar siendo estanca despus de las solicitaciones mecnicas resultantes del
proceso de hormigonado posterior.
- El geotextil debe garantizar la evacuacin del agua de filtracin, sin entrar en carga,
de manera durable hacia los drenes longitudinales.

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- La impermeabilizacin se deber adaptar a las irregularidades del soporte.
- La impermeabilizacin deber resistir las cargas sobre el encofrado y el empuje del
macizo rocoso sobre la bveda interior definitiva.
- Se evitar la realizacin de trabajos prximos a la impermeabilizacin que puedan
producir chispas, llamas o calor radiante.
- Los componentes de la impermeabilizacin (geotextil y geomembrana) debern ser
imputrescibles, resistir al envejecimiento y qumicamente inalterables.
- Las lminas con las que se confecciona la membrana, deben ser soldables y sus
uniones debern poder ser verificadas mediante un control de soldadura.
- Todos los materiales que formen parte del sistema principal de impermeabilizacin
debern ser autoextinguibles, para evitar riesgos de incendios.

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MATERIALES PARA LA IMPERMEABILIZACION PRINCIPAL
GEOTEXTILES
En lo que respecta al geotextil, tendr la misin de proteger la
impermeabilizacin en su fase de instalacin, como posteriormente durante su
puesta en servicio, tanto en los posibles daos internos y externos.
Adems tendr la funcin de hacer circular el agua de filtracin hacia el
exterior de la impermeabilizacin, sin que se produzca presin hidrosttica.
Figura N 3
El geotextil utilizado en el sistema de impermeabilizacin, que servir como
capa protectora y compensadora, tiene tambin una funcin importante como
desage superficial de aguas de filtracin.
Esto significa que el geotextil evita la perforacin de la geomembrana en las
aristas y puntos salientes y facilita el deslizamiento de la misma cuando es solicitada

34
por posibles movimientos del soporte a la proteccin, pero tambin evacua el agua
en su plano, para evitar la formacin de subpresion y el aire hacia el drenaje
longitudinal.
Los geotextiles a utilizar sern siempre no tejidos, cuyas fibras sern 100%
polmeros sintticos, unidas mecnicamente mediante punzonado (agujado).
No se deber permitir el uso de geotextiles que no sean resistentes a
soluciones de alta alcalinidad (pH > 12).
El geotextil debe ser estable frente:
- Al contacto con morteros y hormigones.
- Al agua de filtracin.
- Al hidrxido de calcio Ca(OH)2
- A pH comprendido entre 2 y 12,8.
- A la prdida de masa por el proceso de hidrlisis.
Mejora de Suelos Mediante la Tcnica del JET GROUTING
La mejora de suelos en los trminos que nos interesan, o sea lo que se refiere
a la reduccin de la permeabilidad e incremento de resistencia, puede obtenerse por
varios mtodos inyeccin, que pueden resumirse en:
Inyeccin de impregnacin, en el cual el producto de inyeccin rellena los
espacios vacos sin cambios significativos del volumen y de la estructura del
suelo.
35
Inyecciones con desplazamiento o de compactacin, en las cuales una
mezcla densa crea un flujo radial que desplaza o comprime el suelo
circundante.
Inyecciones de fracturacin (claquage), en las cuales el suelo se fragmenta
por fracturas hidrulicas: la lechada recubre y comprime, pero no penetra en
los fragmentos individuales.
El jet grouting, en el cual el suelo es mezclado in situ con una mezcla
estabilizante, por medio de un chorro producido en una tobera a presiones
muy altas (> 20 Mpa), en un proceso alternativo el suelo es removido en gran
parte por medio de un chorro mixto de agua-aire y sustituido por lechada.
Las inyecciones de impregnacin pueden realizarse con una gran variedad de
mezclas (desde suspensiones de partculas muy finas, a soluciones coloidales y
puras) pero tanto el riesgo tcnico como el econmico aumentan con la disminucin
de la permeabilidad del suelo.
Las inyecciones con desplazamiento o fracturacin hidrulica deliberada, son
procedimientos que deben utilizarse con cuidado y en casos determinados,
sobretodo como medidas temporneas o de reparaciones en recalces, correcciones
de asientos diferenciales de estructuras o recomprensin de suelos afectados por
excavacin de tneles.
La ventaja especfica de las ms recientes tcnicas basadas en el jet
grouting es la posibilidad de tratamiento de una gran variedad de suelos desde
gravas hasta arcillas por medio de una simple inyeccin de cemento. Segn esta
tcnica se obtiene una eficaz mejora del suelo sin depender de los problemas de
permeabilidad que derivan criterios de pura impregnacin, ni de las controversias que
surgen respecto a la permanencia o la toxicidad de las mezclas qumicas.

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Adems, la tcnica de jet grouting supera las limitaciones de otros mtodos
de inyeccin, como fracturacin o desplazamiento (claquage). Para concluir, las
tcnicas de jet grouting suministran una valiosa alternativa a las tcnicas clsicas
de inyeccin, y hasta a las tcnicas de congelacin o de lo llamado pantalla continua.
PROCEDIMIENTO DE JET GROUTING
La tcnica RODINJET comprende la fracturacin y contempornea mezcla del
suelo in situ con una lechada de cemento: como alternativa, el suelo puede ser
removido en gran parte por chorros de agua-aire, y reemplazado por lechada de
cemento. Por lo tanto, el tratamiento puede realizarse mediente el uso de un solo
fluido (la lechada) como medio de fracturacin y estabilizacin (Rodinjet 1) o tres
fluidos: aire y agua como medios de fracturacin y evacuacin, y la lechada como
agente estabilizante (Rodinjet 3).
La secuencia de operaciones relacionadas a este mtodo consiste
generalmente en las siguientes fases:
a) Perforacin hasta la profundidad requerida por medio de un varillaje
equipado de en su extremo de un sistema de perforacin y jetting
(monitor)
b) Inyeccin o jetting, a travs de toberas calibradas situadas a lo largo del
eje del monitor, mientras se hace rotar y se extrae la maniobra.
El tamao y las propiedades mecnicas del suelo tratado (columnas),
dependen del efecto combinado del tipo de suelo y la composicin de la mezcla, el
caudal y la presin del chorro, en relacin con el nmero y tamao de las toberas, y
las velocidades de ascensin y rotacin del monitor.

37
Figura N 4
IMPERMEABILIZACION MEDIANTE MEMBRANAS ASFALTICAS
DESCRIPCIN DEL PRODUCTO
La Membrana asfltica consistente en una armadura de polister recubierta
por ambas caras con asfalto modificado con elastmeros del tipo SBS. Al mismo
tiempo, sus caras se encuentran recubiertas de una lmina de polietileno con el fin
de evitar contaminacin por adherencia de polvo o partculas residuales y facilitar su
manejo.
Se utiliza normalmente para la impermeabilizacin de superficies horizontales
y verticales que reciben la acumulacin de agua (piletas, estanques, piscinas), aguas
lluvias y aguas de riego.
En el mbito de la impermeabilizacin, desde hace ms de una dcada se
inici la fabricacin y aplicacin en el pas de las membranas asflticas, que
constituyen una poderosa y definitiva solucin en la mayora de las necesidades de

38
impermeabilizacin. Dichas membranas asflticas han evolucionado en el tiempo, lo
que se ha traducido en el empleo de diferentes tipos de mezclas asflticas, en el uso
de mejores elementos de refuerzos de polister y en el cumplimiento de normas y
especificaciones cada vez ms exigentes. Los asfaltos bases empleados, han sido
mejorados y diversificados a travs de su importacin, gracias al moderno terminal
martimo Cono Sur, ubicado en la localidad de Ventanas, Quinta Regin.
En la actualidad se emplean dos tipos de asfalto modificados con polmeros
del tipo S.B.S. y A.P.P., o dicho de otra forma, dos tipos de mastics con propiedades
diferentes, siendo ambos de muy buen comportamiento.
Esta membrana complementa las mejores propiedades de cada uno de los
mastic modificados con polmeros, aportando al mercado un producto con mejor
comportamiento frente a los requerimientos de especificadores, constructores e
instaladores.
Este nuevo tipo de membrana asfltica est constituida por un refuerzo de
polister en el centro, por un mastic asfltico modificado con polmeros del tipo
S.B.S. en la cara inferior de la membrana y por un mastic modificado con polmeros
del tipo A.P.P. en su cara superior. Ambas caras, a su vez, estn protegidas con un
polietileno micro perforado de alta densidad. Un aporte muy interesante, ha sido
cambiar el polietileno de la cara superior por un polister con un alto gramaje, lo cual
junto con las modificaciones realizadas a la masa asfltica, ha permitido obtener una
membrana asfltica con elevadas resistencias frente a punzonamientos y a elevadas
temperaturas, hacindola muy adecuada para proyectos con altos estndares, donde
es necesario que el producto resista las solicitaciones bsicas de la construccin de
la obra y permita recibir una carpeta asfltica en caliente sobre ella.

39
Para comprender a cabalidad el aporte de la membrana asfltica es necesario
conocer las limitaciones de una membrana elaborada con mastic modificado con
polmeros del tipo. Su ptima adherencia y resistencia a altas temperaturas han
impulsado el uso de estas nuevas membranas en grandes obras de ingeniera.
S.B.S. o A.P.P. Esta dice relacin, en el primer caso, con su baja resistencia a
altas temperaturas, lo cual no la hace apta para que sobre ella se pavimente
directamente con una carpeta asfltica en caliente, ni para el trnsito peatonal
durante su instalacin en pocas en que la temperatura ambiente es alta. A modo de
ejemplo, durante el verano en zonas expuestas al sol, la temperatura superficial
puede llegar con facilidad a 60 C, lo que limita el desplazamiento de personas por
sobre la membrana y la hace ms susceptible a cualquier dao ocasionado durante
la construccin de la obra. En el caso de una membrana elaborada con un mastic
modificado con polmeros del tipo A.P.P, esta presenta una menor elasticidad,
especialmente a bajas temperaturas, baja adhesividad a substratos como hormign y
morteros, y genera mayor dificultad para ser manipulada, especialmente en la
impermeabilizacin de detalles o singularidades.
Anlisis de sus Propiedades
Las principales propiedades que hacen de la membrana asfltica un producto
innovador y apto para ser sometido a elevadas solicitaciones son:
Elongacin: La elongacin de esta membrana se relaciona con las propiedades del
mastic asfltico, modificado con polmeros del tipo S.B.S., pues acepta ms
deformacin que una membrana elaborada solamente con asfalto modificado con
polmeros del tipo A.P.P.

40
La utilizacin de un mastic modificado con S.B.S en la cara inferior de la
membrana asfltica, le otorga una mejor capacidad de adaptarse a las
deformaciones de la superficie y le permite resistir y disipar elevadas tracciones y
elongaciones, que un mastic modificado con polmeros del tipo A.P.P no puede
resistir.
Resistencias Mecnicas: En lo que respecta a sus propiedades mecnicas es
importante destacar tipo y gramaje del polister a utilizar. La utilizacin de polister
con gramajes cercanos a los 200 gr/m2 ha permitido obtener resistencias a la
traccin superiores a los 1200 N/5cm y resistencia al punzonamiento esttico sobre
los 55 kg.
La resistencia al punzonamiento se ve incrementada por la utilizacin de un
mastic asfltico ms duro, como es el caso del asfalto modificado con polmeros del
tipo A.P.P., utilizado en la capa superior de la membrana, el cual protege y asla
trmicamente la capa inferior constituida por el mastic modificado con polmeros del
tipo S.B.S.
Resistencia a Altas Temperaturas: Lo fundamental en este aspecto es el Punto de
Ablandamiento del mastic asfltico, lo cual en el caso del mastic asfltico modificado
con polmeros del tipo A.P.P es cercano a los 150 C. Es por esta razn que la cara
superior de la membrana est constituida por este tipo de mastic, con el fin de
proporcionarle mayor resistencia a altas temperaturas, hacerla ms apta para recibir
carpetas asflticas y servir como elemento protector de la cara inferior elaborada con
mastic asfltico modificado con polmeros del tipo S.B.S., cuyo punto de
ablandamiento es cercano a los 105 C.

41
Adhesividad: Uno de los objetivos que los diseadores persiguen hoy, es adherir
completamente la membrana a la base, con el propsito que ante una eventual
perforacin y consecuente paso de agua, sta no se desplace por el espacio entre la
membrana y la base, ocasionando graves problemas para detectar la falla y,
posteriormente, para reparar. Una de las limitaciones que tiene una membrana
constituida solamente con mastic modificado con polmeros del tipo APP, es su
menor elongacin y menor adherencia. Es por esta razn, que la cara inferior de la
membrana asfltica est constituida por un mastic modificado con polmeros del tipo
S.B.S, el cual le proporciona las propiedades necesarias para obtener la adherencia
requerida. Este concepto se refuerza, si se utiliza un asfalto elastomrico como
adhesivo entre la membrana y la base imprimada y no un asfalto oxidado como se
emplea frecuentemente.
La posibilidad de manufacturar membranas impermeabilizantes, utilizando
asfaltos seleccionados, aditivos que modifiquen y mejoren las propiedades de los
asfaltos base y polister de la ms alta tecnologa del mundo, permite a la industria
nacional competir en mejores condiciones en una economa globalizada.
A nivel nacional existen fabricantes que continuamente se han mantenido
innovando y desarrollando estas nuevas tecnologas por lo que actualmente existen
productos fabricados bajo rigurosos controles de calidad y diseados para cumplir
con los altos estndares exigidos por el mercado nacional e internacional.
La utilizacin e incorporacin de estos productos queda en manos de
diseadores y especificadores, quienes deben tomar este desafo y proyectarse
hacia un futuro. Es as como algunos de ellos han incorporado la membrana en
grandes obras de ingeniera
que actualmente estn en ejecucin.

42
APLICACIONES
ACTIVIDAD DESCRIPCIN ACTIVIDAD
Impermeabilizacin de superficies sobre radier
Impermeabilizacin de superficie de estructuras verticales y horizontales.
Impermeabilizacin de superficies de cubierta de techumbre
Colocacin de sellos y membranas en la colocacin de forros y protecciones
contra aguas lluvias.
Impermeabilizacin en la colocacin de revestimientos exteriores.
Impermeabilizacin previa colocacin de pavimentos
Impermeabilizacin de estructuras en construccin de caminos.
Impermeabilizacin de superficies en construccin de tneles
HORMIGN PROYECTADO
La incorporacin de fibras estructurales al hormign proyectado,
reemplazando a la malla electrosoldada, es una realidad y su uso se expande en
grandes obras de nuestro pas como el metro de Santiago y tneles en las
hidroelctricas de Ralco y Alfalfal.
En algunas de estas obras se ha llegado a incrementar el rendimiento de
avance hasta un 40%, debido al ahorro de tener que instalar la malla de refuerzo,
que adems implica un alto riesgo. Las fibras se distribuyen uniformemente en todo
el espesor del hormign proyectado, impartiendo un mejor comportamiento triaxial
frente a las tensiones de corte y flexin debido a la disminucin drstica de las
fisuras por contraccin. No hay que dejar de mencionar que el efecto de sombra que
43
se produce detrs de la malla electrosoldada puede dejar vacos que inducen
corrosin en la misma y posterior fisuracin del hormign.
El comportamiento del hormign proyectado frente a la absorcin de esfuerzos
mejora notablemente gracias a la ductilidad que le otorgan las fibras en dosis
adecuadas, llegando a aumentar el valor de energa de rotura del hormign hasta en
5 veces. Se le denomina igualmente tenacidad y se expresa en Joules. La
absorcin de energa de rotura de las fibras es mayor que la de las mallas
electrosoldadas (Estudio realizado en Noruega por la Asociacin de Investigacin
Tcnica de Noruega - NTNF).
Ventajas
Mayor resistencia a la abrasin y al impacto.
Mayor estanqueidad y resistencia a la congelacin.
Mayor capacidad de adherencia.
Reduccin en el espesor promedio de shotcrete debido a que el mismo copia el
perfil de la roca. Las fibras producen adems ahorros de tiempo y dinero.
Ahorro en costos directos ya que el costo de la fibra equivale a un 50% del costo
directo de la malla (contando mano de obra).
Ahorro en el costo indirecto por evitar la colocacin del shotcrete en dos capas.
Ahorro en el hormign utilizado ya que las fibras permiten aplicar el espesor
requerido en toda la superficie, independiente de las irregularidades del sustrato.
Ahorro debido a la disminucin del rebote provocado por la malla de refuerzo.

44
Recomendaciones
El hormign proyectado y reforzado con fibras requiere el uso de microslice y
aditivos para poder contrarrestar los efectos negativos que tienen las fibras sobre el
bombeo y la proyeccin. Por otro lado su uso mejora la adherencia entre la fibra y la
matriz de hormign.
El largo de la fibra no deber exceder el 50% del dimetro interno de la manguera
de proyeccin deber como mnimo tener el triple del tamao mximo de rido (por
razones de anclaje).
El contenido de fibra por metro cbico de hormign y el espesor del mismo deber
ser determinado en base a los ensayos de carga sobre panel. El contenido terico de
fibra metlica varia entre 35 y 50 kg/m3 y el de fibra de polipropileno rgida es de 5 a
10 kg/ m3.
Para hormigones ubicados a la intemperie o sometidos a ataque de aguas
sulfatadas (p.ej. minera subterrnea) se recomienda fibras de material sinttico
(Masterfiber 50PS o similar).
La fibra sinttica muestra una cada ms brusca despus de la primera fisura, pero
con un posterior aumento de resistencia a la deformacin, lo que la hace
estructuralmente interesante, especialmente en labores mineras donde se esperan
grandes deformaciones.
La cantidad adecuada de fibra a utilizar deber ser determinada con ensayos en
obra.
Mtodos de Ensayo
El mtodo normalizado se denomina Round Determinate Panel Test,
adaptado a la minera subterrnea (paneles de 800 mm de dimetro y 75 mm de
espesor), y normalizado por la ASTM. El procedimiento consiste en una aplicacin

45
sobre panel de hormign apoyado en tres puntos de una carga puntual centrada y la
medicin de la deformacin en cada escaln de carga. El criterio a utilizar para la
comparacin de resultados se puede basar en la realizacin de series de paneles
con diferentes mezclas con diferentes contenidos de fibras, una serie de paneles
patrn sin fibra ni malla y una serie de paneles con malla de refuerzo.
Figura N 5
46
IMPERMEABILIZANTES DE PVC
El uso de materiales termoplstico como el PVC-P, en el campo de la
Ingeniera Civil es cada vez ms extenso ya sea en el empleo de lminas
impermeabilizantes en la Edificacin, como el de geomembranas en la Obra Civil.
El sistema de impermeabilizacin NOVANOL con lminas PVC-P ha sido
especialmente diseado en Edificacin para la impermeabilizacin de cubiertas,
terrazas, azoteas y cimentaciones. En el mbito de la Obra Civil est indicado para la
impermeabilizacin de canales, depsitos de agua potable, balsas e incluso tneles.
Para este caso veremos las caractersticas particulares del producto llamado
NOVANOL, es un material laminado a base de policloruro de vinilo fabricado
exclusivamente a partir de resinas vrgenes que garantizan caractersticas
constantes, una ptima durabilidad y permiten obtener un revestimiento impermeable
de absoluta garanta.
La amplia gama NOVANOL permite la eleccin de la lmina ms indicada y
adecuada para las diferentes aplicaciones que se pueden dar tanto en la Edificacin
como en la Obra Civil.
Resistentes al hinchado, putrescibilidad y envejecimiento.
Elevado nivel de estanqueidad incluso bajo deformacin permanente.
Elevada capacidad de adaptacin a las irregularidades del soporte gracias a su alta
deformabilidad.
Elevada resistencia al punzonamiento.
Resistente a las races segn DIN 4062 parte 1.
Excelente estabilidad dimensional.
Resistente a la intemperie.
47
Impermeabilizacin de tneles
Las geomembranas NOVANOL Tneles ofrecen una elevada resistencia al
punzonamiento, gran durabilidad y estabilidad incluso bajo deformacin permanente,
por lo que son ideales para la impermeabilizacin de tneles en obras subterrneas.
Poseen la propiedad de no combustionar con llama ante la presencia de fuego, por lo
que son autoextinguibles; adems, al revestirse la lmina con un aro de hormign,
queda un sistema de impermeabilizacin totalmente ignfugo, no desprendindose
gases txicos en caso de incendio.
Esta gama de geomembranas de PVC-P la componen tres variedades,
NOVANOL SA TUNELES OPACA color verde, NOVANOL SA TUNELES
TRANSPARENTE y NOVANOL SA TUNELES AMARILLA/NEGRA.
Las tonalidades en que se presentan estas geomembranas son una medida
de control visual para la deteccin de posibles daos causados mecnicamente
durante su aplicacin.
Colocaremos un geotextil no tejido POLITEX SPPCT-500 (500 gr/m2) sobre el
soporte, como elemento de proteccin de la impermeabilizacin tanto en su fase de
instalacin, como posteriormente durante su puesta en servicio. Adems tendr la
funcin de drenar el agua de filtracin, sin que se produzca presin hidrosttica sobre
la geomembrana de PVC-P. El geotextil evita la perforacin de la geomembrana de
las aristas o cantos vivos, a la vez que forma una capa compensadora entre los
movimientos del macizo rocoso y el hormign evitando la rotura de la lmina de
impermeabilizacin.
48
Los enormes esfuerzos mecnicos que se ocasionan al realizar un tnel
ocasionaran la rotura de la impermeabilizacin principal, sin la colocacin de un
geotextil no tejido.
La colocacin del geotextil sobre el soporte de hormign, se efectuar
sujetndolo por medio de arandelas de PVC, fijadas con la clavadora de plvora P-
45.
La geomembrana de PVC quedar fijada por todo el permetro del tnel, al
soldarse mediante aire caliente a las arandelas de PVC.
Las lminas NOVANOL cumplen con los requisitos especificados en las
siguientes Normativas:
DIN 16938
BMFWA
SIA 280
Fotografa N 1
Proteccin de impermeabilizacin
Son lminas de PVC-P homogneas (sin armar) especialmente diseadas
para la proteccin de una impermeabilizacin principal y/o como barrera de vapor.
Se presenta en tres formatos de espesores de 0.5 0.8 1 mm.

49
Colocacin
La unin de las lminas NOVANOL en la impermeabilizacin de cubiertas, se
realizar por soldadura trmica mediante un soldador de aire caliente o por
soldadura qumica con el PG-30, asegurando y comprobando que quede
perfectamente unida mediante una varilla metlica. El solape entre lminas ser de
unos 5 a 7 cm. La adherencia de la lmina al soporte puede realizarse mediante
fijaciones mecnicas, perfiles colaminados o mediante adhesivos especiales.
En balsas y tneles los solapes entre lminas se tratarn por termofusin
mediante un soldador de aire o cua caliente de doble soldadura con cmara central
de comprobacin, que permita controlar la ejecucin de un solape hermtico.
La soldabilidad y calidad de la soldadura estn influenciadas por las
condiciones atmosfricas (temperatura, humedad), condiciones de soldadura
(temperatura, velocidad, presin) y por el estado superficial de la lmina (limpieza,
humedad).
Tanto en obras de edificacin como en obra civil, el buen funcionamiento de la
impermeabilizacin con lminas de PVC-P sobre soportes rugosos, con
irregularidades, en cubiertas lastradas, balsas, tneles, etc..., pasa por la colocacin
de un geotextil no tejido, antipunzonante POLITEX-POLINAR PPW como elemento
de proteccin.
Presentacin y almacenamiento
El material se suministra en rollos con mandril de cartn. Es aconsejable
almacenar los rollos en lugar seco y protegido del calor. Debern estar en posicin
horizontal, paralelos entre s (nunca cruzados) y dentro del embalaje de origen.

50
CAPITULO III: IMPERMEABILIZACION TNEL LAS RACES
DESCRIPCIN DE LA OBRA
El Tnel las Races est ubicado en la Novena regin de nuestro pas, en la
Provincia de Malleco, comuna de Curacautn; a aproximadamente 35Km de la ciudad
que da nombre a ala comuna. El tnel pertenece a la Ruta 181 que comienza en la
ciudad de Victoria y que forma parte del Paso Internacional Pino Hachado.
Esta construccin se ejecut durante los aos 1929 al 1939, originalmente fue
diseado para el paso del ferrocarril entre Temuco y Lonquimay, se comenz con el
trfico vehicular en el ao 1980, ste tnel tiene una longitud de 4.528m, siendo as,
el ms largo de Amrica del Sur, posee una altura promedio de 4m y un ancho de su
bveda, tambin promedio, de 2.80m. El tnel se desarrolla bajo la el macizo
cordillerano conocido como Cordillera de las Races, esta orientado de Norte a Sur,
conocindose como boca Norte a la entrada proveniente de la ciudad de Curacautn.
Debido a que ste tnel se ubica en la cordillera y est expuesto
constantemente a muy bajas temperaturas, en su interior se solan formar
estalactitas con el congelamiento del agua que se filtraba en la bveda. Las
filtraciones si bien no eran en la totalidad del tnel, stas se estimaba, que estaban
presentes en aproximadamente un 67% de la longitud total de la estructura,
presentando as, molestia a los usuarios comunes, sin embargo se consideraba toso
un atractivo turstico par el usuario ocasional, lo que en su tiempo, al momento de
analizar el proyecto tambin se tomo en cuenta por una posible disminucin de flujo
turstico a la zona, sin embargo, prim el hecho de que ste viaducto formara parte
del Corredor Biocenico, impulsado por los gobiernos de Chile y Argentina; dado
51
que, en muchas ocasiones ste tnel debi ser cerrado al paso de vehculos, por el
exceso de filtraciones o como se mencion anteriormente, por el congelamiento de
dichas filtraciones.
El Proyecto de Impermeabilizacin fue adjudicado a la empresa Ferrovial
Agroman S.A., el plazo de ejecucin de la obra es de 540 das, la fecha de inicio fue
el 06 de Febrero del 2004; la inversin esta contemplada en $ 2.923.144.578.
Fotografa N 2
Fotografa N 3
52
TRABAJOS PREVIOS; INSPECCIN TCNICA
Para efectuar una impermeabilizacin adecuada se solicit una Inspeccin
Tcnica, dicha opinin fue solicitada por la Empresa Zaartu Consultores de
Ingeniera y se refiere a entregar una opinin acerca de las condiciones que presenta
la obra del Tnel las Races.
Como parte inicial de los trabajos de impermeabilizacin, se efectuaron sondajes
para proceder a inyectar el rea, todo esto referente a las Especificaciones Tcnicas
expuestas anteriormente, las que consultaban 7 sondajes en el desarrollo de la
bveda.
Proyecto de Reparacin Considerado en Relacin a las Filtraciones:
El proyecto de reparacin o manejo de las filtraciones considera la inyeccin de
las zonas de infiltracin. Para efectuar estas inyecciones se han programado
aureolas de 5 sondajes cada 2.5 metros de distancia entre aureolas. Dentro de cada
aureola hay un sondaje en el centro de la clave y dos hacia cada lado separados a 2
y 4 m del sondaje de la clave. Estos sondajes estn programados a 10m de longitud.
Al momento de la visita se han efectuado 8 sondajes para inyecciones, los que
son analizados ms adelante. La ejecucin de estos sondajes mostr situaciones de
orden geotcnico que motivaron la visita inspectiva al tnel.
Las inyecciones se programaron para ser ejecutadas a 8 bars de presin (80
kg/cm2) y en dos etapas dentro de cada sondeo. El proyecto considera la inyeccin
promedio de 60 kg de cemento por metro lineal de perforacin. Aparentemente no se

53
hicieron investigaciones de ningn tipo durante los estudios de ingeniera que
determinaron las soluciones que se tratan de implementar.
Condiciones Expuestas En Los Sondajes Ejecutados.
Tal como se ha indicado hasta el momento de la visita, se haban efectuado 8
sondajes los cuales correspondan a los que se indican. Todos estos sondajes son
de 10 m de longitud a partir de la bveda de hormign.
Segn las Especificaciones Tcnicas Especiales las inyecciones se deberan
hacer en dos etapas partiendo con una etapa inicial en una cmara de 5 m desde el
fondo del sondaje hacia fuera. Como comentario a esto se debe indicar que el
proyectista asumi que el hormign estaba pegado a la roca y que sta era de buena
calidad geotcnica.
Las Especificaciones Tcnicas Especiales, indican que se deben ejecutar
pruebas de Lugeon Mejorado. Estas pruebas no se haban ejecutado en ninguno de
los sondajes efectuados.
Se indica que en todos los sondajes, la roca que se observa corresponde a roca
volcnica del tipo Andesita y Andesitas Baslticas con intercalaciones de Tobas y
Brechas. Las rocas tipo Tobas corresponden a rocas muy dbiles, con fracturamiento
en trozos pequeos y en sectores estn muy descompuestas a arcillas.

54
1. Sondaje Km 95.055
Se encuentra en el centro de la clave. Se cort un espesor de 40 cm de hormign
en la bveda. No se detect armadura dentro del hormign. Presencia de un hueco
vaco entre los 40 cm y los 90 cm de profundidad.
La roca se inicia a los 90cm y corresponde a la roca fracturada del tipo volcnico
y volcnico sedimentaria (brechas y tobas). El fracturamiento es intenso. El RQD del
tramo entre los 0.9 y 10 m es del 19 %, lo que indica que la roca es de muy baja
competencia geotcnica (entre 0 y 25 % de RQD el macizo se clasifica como de muy
mala calidad geotcnica).
Localizado a 4 m bajo el sondaje central hacia el lado derecho. La bveda de
hormign tiene un espesor de 55cm, no presenta armadura y est de tope contra la
roca.
La roca corresponde a una Andesita dura, fresca, con muy buena recuperacin.
El RQD del tramo es de 28 % lo que indica una roca de mala calidad geotcnica.
Localizado a 4m bajo el sondaje central del lado izquierdo. Se presenta 1 m de
espesor de hormign sin armadura de tope sobre la roca. Alternancia de rocas
volcnicas porfricas y sedimentarias volcnicas del tipo tobas y brechas. Desde 1m
y hasta 6.3m la roca se presenta dura, luego hasta los 10m la roca esta
completamente descompuesta convertida en arena. Hasta los 6.3mde profundidad, el
RQD es del 9% y luego de 0%. Lo indicado nos seala que la roca debe ser
catalogada como de muy malas caractersticas geotcnicas.

55
Localizado a 4m bajo el sondaje central al lado derecho. Se presenta un hormign
de bveda de 80 cm el cual no tiene armadura, luego se llega a la roca. La roca se
presenta muy fracturada llegando en sectores a presentarse molida (6.1-6.5m). El
RQD del sector excavado es menor al 10 %.
Localizado a 4m bajo el sondaje central del lado izquierdo. Se inicia mostrando
una bveda de hormign sin armadura de 80cm de espesor, luego existen 12 cm de
madera humedecida y vaco hasta los 1.15m de profundidad. La recuperacin total
en roca es del 85%. Hasta los 5.3m hay Andesita dura, de buena calidad geotcnica,
luego sigue una Andesita de otro color pero de igual calidad geotcnica. El
fragmentamiento del macizo rocoso es alto y su RQD es solamente de 14%.
Se encuentra en el centro de la clave. Se inicia con 43cm de hormign lleno de
oquedades debido al lavado con agua de infiltracin, baja resistencia. Entre 1.0 y
1.22m solamente se recupera un trozo de madera de 22cm de espesor, luego hay
hueco hasta los 2.05m. Hasta los 4.7m se presenta con intenso fracturamiento (RQD
0%). Desde 4.7 a 10m la roca se presenta dura con RQD de 29%.
Localizado a 4m bajo el sondaje central al lado derecho. El hormign de la
bveda, al inicio de la perforacin, es de 50cm de espesor y se presenta de tope con
la roca y sin armadura. La roca se presenta en trozos con tamaos de 1 a 2 a
excepcin del tramo entre los 6.15 y 8.40m, en donde se presenta molida y
arcillizada. El RQD total del tramo es cercano a 0%:

56
Se encuentra en el centro de la clave. El hormign de la clave alcanza a 60cm de
espesor. El sector se presenta con roca fresca pero intensamente fracturada, con
RQD cercano al 0%. Entre los 8.4 y 8.95m la roca se presenta arcillizada. Se hace
notar que segn informacin del sondeador, se producia by-pass de agua durante la
perforacin y el agua usada para perforar apareca hasta unos 3m alejada del
sondaje y en forma casi inmediata indicando que el macizo es de alta permeabilidad.
Para un mayor ahondamiento de dicha experiencia ver ANEXO 1
Otras Observaciones
Durante la visita efectuada se realizaron diversas observaciones que se
relacionan con las condiciones del Tnel las Races. Estas observaciones y los
comentarios correspondientes se presentan a continuacin.
Los sondajes se presentaban limpios de un da para otro. De acuerdo al sistema
de sondajes, que slo permite perforar durante la noche, se deba perforar un mismo
sondaje en dos jornadas. Los resultados de esto indican que no se produca
obstruccin del sondaje de un da para otro lo cual significa que la roca tiene una
capacidad de autosoporte.
La roca que se presenta en todos los sondajes tiene, segn el ndice RQD, una
clasificacin geotcnica de mala a muy mala. En general estas rocas se presentan
con sectores muy fracturados y en parte arcillizadas.

57
No se aprecia que se hayan producido reparaciones mayores dentro de los
hormigones de la bveda debido a roturas de esta. Esta situacin indicara que no se
han producido cadas mayores tras la bveda. Esto se ve avalado tambin por el
hecho que los sondajes han reconocido huecos entre la bveda y la roca y no han
detectado la presencia de material suelto que se hubiese derrumbado.
La bveda de hormign no tiene refuerzo de fierro lo que significa que
corresponde solamente a un sistema aerodinmico para el manejo de los humos
generados por las locomotoras de la poca de uso del tnel y no a un aspecto
estructural de refuerzo, recordemos que el tnel fue diseado en un comienzo para el
uso ferroviario. Esta situacin se aprecia en todos los tneles ferroviarios antiguos
dentro de los que se pueden citar aquellos tneles de la ruta interior al norte que se
inicia en Petorca y llega a Illapel. En este sector existen 4 tneles con una forma
ojival, basada en ladrillos, que se encuentran en una disposicin autosoportante que
no tiene ningn uso en el aspecto estructural.
No hay antecedentes de la geologa del sector ni datos de la poca de
construccin. Debido a lo expuesto no se puede establecer la calidad geotcnica de
la roca que se encuentra tras la bveda de hormign ms all de los sectores donde
se han efectuado prospecciones de sondaje.
La presencia de madera tras la bveda de hormign, y el hecho que un sondaje
lateral muestre que el hormign no esta en contacto directo con la roca, indican que
eventualmente se habran puesto durante la etapa de construccin, marcos de
madera los que actuaron como eventuales moldajes interiores. El la clave todos los
sondajes se presentan con oquedades entre hormign y roca.

58
Conclusiones Y Recomendaciones
De acuerdo a lo que se observ y analiz, se pueden consideraron las siguientes
conclusiones:
- La calidad geotcnica de la roca es mala a muy mala, presentndose con un
fuerte fracturamiento y alta permeabilidad, as como con zonas arcillosas que
corresponderan a fallas geolgicas.
- La bveda de hormign no corresponde a una bveda armada y solamente
correspondera a un diseo aerodinmico para el manejo de los gases o
humos que generaban las locomotoras de la poca.
- La bveda de hormign se encuentra separada de la roca en algunos sectores
y en general se presenta en una condicin de deterioro aleatoria. Los
sondajes han demostrado que en sectores el hormign de la bveda se
presenta con oquedades por lavado de finos. Las observaciones exteriores
muestran que los hormigones de la bveda se presentan muy anidados.
- No se conoce la resistencia de los hormigones de la bveda, pero se
establece de acuerdo a lo observado, que es aleatoria y en general no debe
ser alta.
- No hay evidencia de reparaciones de la bveda de hormign, lo que indica
que esta ha soportado situaciones tales como el sismo de los aos 60 y
aquellos generados por las erupciones de los volcanes cercanos al rea. Todo
esto indicara que la situacin del macizo se ha establecido y aunque debe
considerarse precaria, no estara sometida a cargas mayores.
- No se puede establecer que lo que resta de vida til de la bveda de hormign
y no existe manera de establecer se esta fallara frente a solicitaciones que no
se han producido hasta ahora. Solamente se puede deducir que el estado
estructural de la bveda no est condicionado para soportar solicitaciones de
cargas mayores.
59
- Los sondajes efectuados para proceder a inyectar el macizo en las zonas con
fuertes infiltraciones han servido perfectamente para conocer la condicin de
la roca y de la bveda de hormign en aquellos sectores donde se efectuaron.
Sin ejecucin no se habran detectado las situaciones a las que se enfrent el
proyecto de reparacin del tnel. La mayor cantidad de sondajes que se
pueda disponer, servir para tener un mejor conocimiento de la situacin
estructural de la obra y eventualmente preparar soluciones alternativas de
estabilizacin e impermeabilizacin.
- Como conclusin general se indic que la opcin de inyeccin, considerada en
el proyecto de reparacin, no es aplicable y que su implementacin no
asegurara que se pueden aminorar las filtraciones. Las inyecciones pueden
producir desestabilizaciones del macizo, lo cual generara cadas de sectores
rocosos y eventualmente la rotura de la bveda de hormign. La roca ha
mostrado que su condicin geotcnica es pobre y su permeabilidad es muy
alta, lo cual impedira la ejecucin adecuada de las inyecciones sin entrar a un
riego de desmoronamiento del macizo y su consiguiente fallo de la bveda. A
lo indicado debe agregarse el hecho que para poder inyectar en el tramo
inicial la roca se debera proceder inicialmente a sellar el espacio entre roca y
bveda, lo cual no aparece tcnicamente factible debido principalmente a la
calidad del hormign de la bveda y adicionalmente al desconocimiento de la
calidad del material a ocupar y la localizacin de las oquedades.
- Se recomienda proceder a manejar las filtraciones mediante el sistema de
lminas impermeables tipo Carfoam, dado que este sistema asegura la
solucin del problema de filtraciones y no pone en riesgo la estabilidad de la
bveda. La solucin de lminas impermeabilizantes ha sido considerada en el
proyecto como una solucin alternativa al problema de filtraciones. Sin
embargo las lminas consideradas en el diseo aparentemente estn fuera de
produccin y han sido reemplazadas por elementos ms modernos.

60
ESPECIFICACIONES TECNICAS
En un comienzo el proyecto de impermeabilizacin del Tnel las Races sera
desarrollado mediante el procedimiento de Jet Grouting, esto establecan las
Especificaciones Tcnicas elaboradas para el proyecto, pero debido a los trabajos
previos antes descritos y los resultados que arrojaron los sondajes que se realizaron
a la bveda del tnel, se concluy que esto no era posible debido a los vacos que
presentaba la bveda en algunos tramos; como sabemos el Jet Grouting consiste en
inyectar hormign especial a la roca mediante una perforacin en la misma y as
anular la filtracin que se produca en ese lugar, pero al presentar los vacos, este
hormign caera y se necesitara volmenes impensados para conseguir los
resultados esperados.
Segn las Especificaciones Tcnicas de la obra se procede a ejecutar las
Perforaciones.
El objetivo de estas perforaciones, es proceder a la detencin o
aminoramiento de los caudales de infiltracin de agua subterrnea que fluyen hacia
el interior del Tnel Las Races, las cuales se inyectarn posteriormente con Grout.
La ubicacin y longitud ser lo indicado en los cuadros y dems documentos del
proyecto lo que ser ratificado por la Inspeccin Fiscal directamente en terreno.
Procedimiento de Trabajo
A las perforaciones se les dar un nmero, identificando su ubicacin y
direccin. El dimetro de las perforaciones deber ser el adecuado para permitir la
colocacin satisfactoria de un obturador y no ser en ningn caso inferior a 50 mm.

61
El contratista deber desarrollar perforaciones ha roto percusin para controlar
filtraciones de agua. Las perforaciones identificarn problemas potenciales ms all
del frente de trabajo y sern la base para las decisiones que deban tomarse a modo
de asegurar el buen resultado de las inyecciones.
La perforacin se ejecutar en dimetro de 2 con una longitud de 10 m,
medida desde el exterior del revestimiento de hormign o superficie a la vista. El
sondeador llenar simultneamente con el avance una planilla donde anotar la
velocidad de avance y los materiales y espesores detectados que le sea posible
diferenciar (hormign, suelo, roca blanda, roca dura, etc.) los huecos o vacos,
comportamiento del agua y cualquier otra observacin significativa.
Se perforarn 5 sondajes radiales (formando una aureola), ubicados uno en el
pice del tnel y 2 hacia cada lado separados entre si a lo menos 2 m. Estos se
ejecutarn perpendiculares a la superficie. El ITO puede proceder a modificar la
posicin, cantidad y longitud de los sondajes de acuerdo a la distribucin de los
fluidos infiltrados o el tipo de inyeccin a ejecutar.
En tramos de menor longitud se harn dos aureolas en los extremos.
La ubicacin de las perforaciones y la presin de inyeccin podrn ser
establecidas, en cada caso en particular, por el ITO.
El detalle de las perforaciones y lo encontrado en ellas se detallan en un
estudio realizado.
62
Inyecciones
Las inyecciones (grouts) que se utilizarn sern morteros o lechadas en base
de cemento, se definen tipos A, B, y C. El grout a ser usado, dosificacin y presin,
se deber definir caso a caso, dado que el xito de una operacin de inyeccin
depende de la habilidad y experiencia de la cuadrilla y otros factores.
Grouts
En general, todo el material para grouts deben ser aprobados por el ITO.
Todo grouts de cemento, ser una mezcla de agua, cemento y aditivos
(lechadas), o agua, cemento, arena y aditivos (morteros); con dosificaciones
variables y ajustadas a alas condiciones de terreno, segn se requiera.
Los grouts de cemento sern de tres diferentes tipos y las dosificaciones se
harn segn las instrucciones del fabricante. Los morteros podrn venir dosificados
en seco desde fbrica. Los cementos sern resistentes a los sulfatos lo que deber
ser certificado por el fabricante.
TIPO A
Es un mortero de grano grueso de fraguado rpido que sirve para detener
flujos altos de agua concentrados o para sellar fracturas anchas. El equipo de
grouteo, debe ser compatible con el tamao del grano, de 0 a 5 mm. El tiempo de
fraguado deber ser aproximadamente 30 min, para una mezcla de agua y mortero
en proporcin en peso 1:1, a 15C. El mortero contendr puzolana o microsilica en
suficiente cantidad para prevenir exudacin y plastificadotes, para asegurar un buen
bombeo de la mezcla. El mortero tendr propiedades expansivas a fin de sellar
fracturas y bloques quebrados. Ser usado tambin en inyecciones de relleno y
contacto.
63
TIPO B
Es un mortero de grado fino, con cemento de nmero BLAINE 4000 o
superior, de fraguado rpido usado para sellar filtraciones distribuidas en zonas
amplias. Debido a que el fraguado del grout es muy rpido no da lugar a exudacin,
por sta razn la penetracin en las fracturas, de todo tamao, es mejor que la de los
grouts de cementos corrientes. El tiempo de fraguado ser del orden de 5 a 10 min,
para la mezcla de agua y mortero en proporcin 1:1 en peso, a 15C. El mortero
debe contener puzolana o microsilica en suficiente cantidad para prevenir exudacin
y plastificadotes para asegurar un buen bombeo de la mezcla.
TIPO C
Es una lechada de cemento de grado normal y se usa para grouteo de
aberturas menores. El contenido de agua en la mezcla estar en la razn
agua/cemento comprendida entre 0,4 y 2 medidas en peso. Esta razn ser definida
por el contratista y presentada en cada colocacin al ITO para su aprobacin.
Procedimiento de Trabajo
A las perforaciones previamente identificadas se le inyectar el grout
especificado.
El grout tipo A, de grano grueso y con limitadas propiedades expansivas, se
usa para el control de filtraciones provenientes de fracturas anchas y abiertas.
Tambin se usar para rellenos.
Despus que se ha logrado reducir la filtracin, se emplean los grouts tipo B y
C. Estos grouts se pueden usar, adems, en zonas con fracturas finas con una
64
distribucin amplia. La operacin de grouteo se termina siempre inyectando grouts
tipo B, que es de fraguado rpido.
El grouts ms probable a utilizar ser el tipo C. Cuando la presin comience a
elevarse la operacin se terminar utilizando grout tipo B. Si los consumos son
elevados sin elevarse significativamente la presin de inyeccin, se disminuir la
razn A/C. Si la condicin se mantiene se pasar a inyeccin tipo A. Posteriormente,
si continua el alto consumo, se detendr la inyeccin para permitir fraguado y se
reperforar y reinyectar la misma perforacin con lechada tipo C.
La ubicacin de las perforaciones y la presin de inyeccin podrn ser
establecidas, en cada caso en particular, por el ITO. En general se efectuarn dos
operaciones de inyeccin en los sondajes de 10 m. La primera de alta presin
ubicando el obturador o packer a 5m de profundidad y la segunda de presin limitada
con el obturador en las cercanas de la boca del sondaje. Se mantendr una
observacin cuidadosa del revestimiento del tnel por eventuales daos que pudiera
ocasionar la inyeccin a presin, para detener la operacin oportunamente. El
contratista deber tomar todas las precauciones necesarias para evitar accidentes o
daos a la estructura del tnel, y reparar a su costo y responsabilidad cualquiera
que eventualmente ocurriere.
El contratista emplear personal experto y con experiencia en las operaciones
de inyeccin. Con este objeto deber estregar al ITO, los antecedentes de dicho
personal para su aprobacin.
Para cumplir el requisito anterior, el contratista podr proponer la participacin
de su subcontratista especializado, el cual tambin deber contar con la aprobacin
del ITO.
65
Ser obligacin del contratista efectuar oportunamente y al inicio de las obras
las pruebas pertinentes con los grouts que se propone utilizar en cada caso y
someter su utilizacin a la aprobacin previa del ITO. Sin perjuicio de esta obligacin,
el ITO podr exigir del contratista la presentacin de las certificaciones de calidad y
cumplimiento de las especificaciones de cada uno de los productos de inyeccin
propuesto a utilizar.
El equipo de grouteo de cemento, deber tener una capacidad para inyectar
grout a un ritmo mnimo de 3 m3/hora, a cualquier presin hasta 80 Kg/cm2. Se
estima una inyeccin de 60 Kg de cemento/m de perforacin.
El equipo debe estar permanentemente en buenas condiciones de operacin.
Si cualquier perforacin resultase daada o inservible, debido a fallas mecnicas del
equipo o por un suministro inadecuado de grouts, ser reemplazada por cuenta del
contratista.
El equipo para el control de la presin ser tal que permita lecturas de presin
ser tal que permita lecturas de presin dentro de un rango de =0,5 Kg/cm2. Este
equipo deber estar disponible en el lugar de la faena, al iniciarse stas.
Como parte de los trabajos de inyeccin se podrn hacer pruebas de agua
simple donde lo indique la Inspeccin Fiscal, considerndose en forma preliminar,
una por aureola.
Estas pruebas se efectuarn en cmaras de 5m en el fondo del sondaje. Para
su realizacin se proceder a instalar un packer u obturador a los 5m de la
perforacin y se introducir agua a presin hasta llegar a los 10 kg/cm2.

66
APLICACIN DE MEMBRANA IMPERMEABILIZANTE
Para los efectos de la impermeabilizacin del Tnel las Races se emple
Espuma de Poliolefina Reticulada, como se dijo se extrajo, de la experiencia vivida
en el Tnel Caracoles en la V Regin.
Esta espuma cuenta con propiedades excepcionales que son especiales para
casos como el que se esta estudiando, este material es fabricado en Alemania por la
empresa TROCELLEN, para la aplicacin de esta espuma se cont con mano de
obra especializada procedente de Espaa de la empresa KTC, empresa que se
dedica alrededor del mundo a la aplicacin de este tipo de impermeabilizantes para
tneles.
La aplicacin de la membrana se realiza adhiriendo sta a la bveda mediante
un clavo plstico Hilti IZ 8x70, se hace un agujero con un taladro y luego se pone el
clavo, la presentacin de la membrana es en rollos de 50 m lineales y un ancho de
2.20 m el espesor de la membrana es de 15 cm, por esto, para la puesta disposicin
en la bveda se debe hacer con un traslape de 30 cms, la unin de dos tramos de
membrana se realiza mediante la termofusin (foto ) tambin mediante este
mtodo se tapan los clavos con parches redondos del mismo material (foto ).
67
Fotografa N 4
Fotografa N 5
68
La composicin de la membrana es la siguiente:
PROPIEDADES NORMA UNIDAD VALOR

Resistencia a la traccin Directrices Kp/5 cm
Longitudinal de la UEATc 75
Transversal 70
Alargamiento a la rotura Directrices %
Transversal 22
Resistencia al desgarro Directrices Kp
Transversal 23
Resistencia a movimientos
activos Directrices No se producen
desgarramientos,
traccin/compresin (50 ciclos) de la UEATc fisuras
o pliegues
Flexibilidad a baja temperatura Directrices No fisuracin
(-20C) de la UEATc
Punzonamiento esttico sobre Directrices Kg 25 L4
soporte rgido de la UEATc
Estanqueidad al aire de las NO se producen
juntas Directrices burbujas
(10 Kpam 30 min) de la UEATc
Conductividad trmica ASTM C-177 W/mk 0,031
Absorcin de agua tras 28 dias DIN 53428 vol% 0,8
de inmersin
Permeabilidad ISO 1663 ng/(pa.sm2) 10
Comportamiento al fuego UNE 23727-81 M1
Peso superficial Kg/m2 <0,8
CUADRO 3
Aplicacin de membrana de PVC
El proyecto de impermeabilizacin no contemplaba su aplicacin en todo el
desarrollo del tnel, slo se aplic en los lugares de mayor filtracin, y aun asi, se
dispuso adems poner otra lmina impermeabilizante en las zonas de aun mayor
filtracin, esta lmina se conoce como huevera, es una membrana de ndulos de
polietileno de alta densidad.
Ventajas Sikaplan. 9.6 T
tiene alta resistencia a:
Envejecimiento
Penetracin de races
Agua con cal

69
Microorganismos
Exposicin trmica
Otras propiedades:
Elevada resistencia al punzonamiento
Fcil de unir
Alta resistencia mecnica
Reciclable
Normas Cumple la norma SIA 280
Datos Bsicos
Color Capa expuesta: Amarillo, 0,6 mm.
Capa de apoyo: Negro, 0,9 mm.
Almacenamiento Guardar en ambiente seco y bajo techo, apoyado sobre
superficies no punzantes.
Los rollos deben ser colocados en posicin horizontal sobre un soporte plano y liso.
Presentacin Rollo de 2.2 m de ancho y 20 m de largo.
Datos Tcnicos
Datos generales:
Espesor: 1.5 mm
Peso: 2,0 kg/m2.
Datos segn norma SIA 280:
Ensayo Especificacin Resultado
Elongacin (a Ruptura)
Longitudinal > 200 % 310 % 30%
Tranversal > 200 % 310 % 30%
Doblado a baja temperatura: Sin fisuracin a -20C Cumple
Deformacin al calor:
6 horas a 80 C cambio dimensional
Longitudinal < 2 % 1,9 %

70
Transversal < 2 % 0,5 %
Resistencia a la presin:
(corte) 1 hora / 5 bar (0,5 N/mm2.) Cumple
As esta lmina se colocaba debajo de la espuma, como ya se dijo, en los
lugares de mayor filtracin, la fijacin de esta lmina es mediante un clavo tambin
Hilti pero metlico, y es puesto sobre la bveda mediante un martillo de fulminantes.

71
CONCLUSIONES
Como en todo mbito, en un comienzo se tiene una idea preconcebida de las
cosas; cuando se habla de tneles nos imaginamos un camino que pasa bajo las
montaas, jams nos preguntamos el porqu de su forma, o si todos se construyen
de la misma forma o tan simple como si en alguna otra parte del mundo tienen
alguna solucin menos costosa o menos riesgosa para sortear las partes ms
abruptas de la geografa de un pas.
Comnmente tambin los tneles presentan un atractivo especial para nios y
adultos, la sensacin de estar transitando por debajo de un cerro o en el caso
particular del Tnel las Races, pasar bajo la cordillera.
Todas estas ideas fueron y dudas ahora tienen un fin informativo, podemos
comprender ahora, que no todas las obras viales de ste tipo se construyen de la
misma forma, en cada uno de los pases en que se empezaron a utilizar estas
soluciones viales, se empleaban distintas formas constructivas, eso si, cada una, a
medida que pasaba el tiempo y se iba adquiriendo ms experiencia, mejoraba a la
anterior.
La cantidad de tneles alrededor del mundo es inmensa, todos con distintos
fines y no slo cruzando cordones montaosos, sino que tambin sorteando trozos
de mar o canales, y no tan slo para unir localidades dentro de un pas, sino para
unir dos pases. Ejemplo claro de esto es el canal entre Francia y el Reino Unido que
pasa bajo el Canal de La Mancha.
Adems los tneles estn presentes desde las primeras civilizaciones pero
con usos distintos que para los que los conocemos hoy en da.
72
Una vez que se toma la decisin de desarrollar un proyecto de esta ndole hay
parmetros a tomar en cuenta y que influyen notablemente en la ejecucin de la
obra, ejemplo claro es la influencia del agua, esta se presenta principalmente a
travs de napas subterrneas. La presin que ejerce sobre la bveda, y sobretodo,
el dao que origina al revestimiento de la misma, la llevan a ser el principal problema
a la hora de construir un tnel; en el caso del Tnel Las Races era el motivo
principal de las obras de mejoramiento que se realizaron.
Para estos efectos se cuenta con una gama muy amplia de elementos
impermeabilizantes cada uno de ellos con distintas caractersticas, formas, costos y
sobre todo con distintas composiciones, que van desde elementos de fibras
naturales, pasando por el conocido hormign, hasta llegar a membranas refinadas,
asflticas, etc.. Cada uno de estos elementos han sido probados en todo el mundo y
cada da afloran nuevas tecnologas para la impermeabilizacin de tneles.
En el caso particular del Tnel Las Races, se emple una membrana
poliorrefinada, se toma la decisin de utilizar este material, por la experiencia vivida
en el Tnel Caracoles, el comportamiento que present all dio la confianza para
volver a utilizarla, ya que, ambos tneles presentan caractersticas similares;
bajsimas temperaturas en invierno y una filtracin muy copiosa en ciertos lugares,
an asi, la impermeabilizacin del Tnel Las Races fue reforzada con otra
membrana de PVC en los lugares de mayor filtracin para que cumpla con la funcin
de conducir los caudales hacia los extremos inferiores de la bveda.
Despus de hacer una ltima visita al tnel en el mes de Julio pude constatar
personalmente en terreno que la impermeabilizacin es total, lo que anteriormente
era como estar en un da de lluvia hoy es totalmente seco y por ende, toma mucho
menos tiempo cruzar el tnel, segn pude saber tambin, en algunas partes en
73
donde slo se aplic la membrana de PVC, esta se est desprendiendo de las
paredes de la bveda, comprobando as, que la verdadera impermeabilizacin la
cumple la membrana de poliorrerfina o Espuma Poliorrefinada.

74
BIBLIOGRAFA
GONZALEZ, G. Tneles I. Madrid. CEDEX. 1989.
DELGADO, A. TRATAMIENTO Y REFUERZOS DEL TERRENO EN OBRAS
DE TUNELES. Madrid. CEDEX. 1989.
MORENO, E. Diseo de Tneles en Rocas. Madrid, CEDEX. 1989
M.O.P.T.T., DIRECCIN DE VIALIDAD. Manual de carreteras. Volumen III.
Chile, 2002
Referencia Electrnica
- www.vialidad.cl
- www.microtunel.com
- www.revistabit.cl
- www.revistabit.cl/body_articulo.asp?ID_Articulo=1012 - 14k
- www.satecma.es
- www.trocellen.de/seiten/download_center/pdf/IMAGE_S.pdf
- www.sika.com.co/co-con-news-sikaplan.pdf
- www.cdt.cl
- www.degussa-cc.es/NR/rdonlyres/FA055B1C-E732-4625-B508-
CC9E92203EC4/0/novanol.pdf.
- www.degussa-cc.es/NR/rdonlyres/CE7DF02A-368C-4AC7-8839-
EA04CB59C5BA/0/tunelsec.pdf.
- www.alkor.es
Otras referencias
- Especificaciones Tcnicas Mejoramiento del Tnel las Races
- Informe de Opinin Visita Tcnica Obras de Reparacin Tnel Las Races IX
Regin, Sr. Hugo Delucchi, Gelogo Geotcnico MSc

75
ANEXO 1
76
Simbologa
Roca Disgregada
Hormign
Roca
Vacio
Lado Derecho (A 4.0 m. DE LA CLAVE)

77
Lado Izquierdo (A 4.0 m. DE LA CLAVE)

78
Clave Bveda

Túneles

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Universidad Austral de Chile

Facultad de Ciencias de la Ingeniera

Tesis para optar al ttulo de:

ALEXIS ANTONIO HERMOSILLA PALMA

1.1 Tneles a travs del Tiempo. 1

1.2 Por qu un Tnel?. 3

1.3. Principios Bsicos de Diseo 4

1.3.1. Mantenimiento de la Capacidad Portante de la Roca 6

1.3.2. Sostenimiento Flexible. 6

1.3.3. Control y Supervisin de la Excavacin. 7

1.4 Mtodos Constructivos. 8

1.4.1 Criterios para la Evaluacin de los Mtodos de Ejecucin de Tneles 8

1.4.2 Variables o Caractersticas de la Roca Matriz y del Macizo Rocoso 10

1.5 Mtodos de Excavacin o Avance 12

1.5.1 Excavacin con Explosivos 12

1.5.2 Excavaciones Mecnicas Con Mquina 13

1.5.3 Excavacin Mecnica con Mquinas Integrales No Presurizadas 13

1.5.4 Excavacin Mecnica con Mquinas Integrales Presurizadas 13

1.6 Influencia del Terreno en El Sistema Constructivo 16

1.7 Seccin Transversal de un Tnel 18

1.8 Los Tneles y El Agua 19

1.9 La Superficie de Estado 23

1.9.1 Empleo de la Tcnica de Congelacin de Suelos 24

2 Sistemas de Impermeabilizacin de Tneles 26

2.1 Influencia del Agua 26

2.1.1 Impermeabilizacin en Franja Capilar 26

2.1.3 Impermeabilizacin en Agua Subterrnea 26

2.2 Impermeabilizacin de Tneles 27

2.2.1 Beneficios de La Estanqueidad 28

2.3 Requisitos a Tener en Cuenta en un Proyecto 29

2.4 Materiales para la Impermeabilizacin Principal 33

2.4.2 Procedimiento De "Jet Grouting" 36

2.4.3 Impermeabilizacin Mediante Membranas Asflticas 37

2.4.3.1 Descripcin del Producto 37

2.4.3.2 Anlisis de sus Propiedades 39

2.5 Hormign Proyectado 42

2.5.3 Mtodos de Ensayo 44

2.6 Impermeabilizantes de PVC 46

2.6.1 Impermeabilizacin de Tneles 47

2.6.2 Proteccin de Impermeabilizacin 48

2.6.4 Presentacin y Almacenamiento 49

3 Impermeabilizacin Tnel Las Races 50

3.1 Descripcin de la Obra 50

3.2 Trabajos Previos; Inspeccin Tcnica 52

3.2.1 Proyecto de Reparacin Considerado en Relacin a las Filtraciones 52

3.2.2 Condiciones Expuestas en los Sondajes Ejecutados. 53

3.2.3 Otras Observaciones 56

3.3 Especificaciones Tcnicas 60

3.3.1 Procedimiento de Trabajo 60

3.3.4 Procedimiento de Trabajo 63

3.4 Aplicacin de Membrana Impermeabilizante 66

3.4.1 Aplicacin de Membrana de PVC 68

Cuadro 1 Criterios para la Evaluacin de los Mtodos de Ejecucin 9

Cuadro 2 Mtodos de Excavacin 14

Cuadro 3 Propiedades de la Membrana Impermeabilizante 68

Figura N 1 Seccin Transversal de un Tnel 18

Figura N 2 Los sistemas de impermeabilizacin primaria 30

Figura N 3 Impermeabilizacin Mediante Geotextiles 33

Figura N 4 Procedimiento de JET GROUTING 37