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7/23/2019 AVANCE 22222222222222222222222222finallllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll.pdf

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Universidad Nacional Micaela Bastidas de Apurmac

Escuela Acadmica Profesional de Ingeniera de Minas

MINAS-UNIDAD-PERSEVERANCIA 1

DRENAJE DE AGUAS

SUBTERRNEAS EN TNELES


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Dedicatoria

El presente trabajo dedicamos a todas

aquellas personas que invierten su

tiempo no slo en sus aspectos

personales y familiares, sino en estudiar

cada da, para comprender mejor las

cosas.


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PRESENTACION

La interrelacin del agua y los tneles es un factor de mayor importancia, tantodurante el proceso constructivo como durante su utilizacin, y afectando enambas direcciones. Es decir, que la existencia de agua en el terreno, puedecomplicar notablemente el mtodo constructivo para la realizacin de un tnel,y el mantenimiento del mismo durante su utilizacin. Igualmente, laconstruccin de un tnel puede constituir una obra de drenaje que modifiquela situacin hidrogeolgica del macizo

Dentro del campo de ingeniera, uno de los campos ms complicados debidoa la exigencia de estudios geolgicos, como de su construccin, son lostneles y las galeras subterrneas. Esto significa que el primer problemadentro de un tnel es geolgico.

Normalmente la impermeabilizacin de los tneles tiene una gran importanciatanto en el campo tcnico como econmico, debido a la complejidad deelementos que la componen lo cual contribuye a la calidad y durabilidad delas obras, considerando las razones de impermeabilizacin durante laejecucin de tneles la Funcionalidad, durabilidad, seguridad, conservacin,y en definitiva, calidad y menores gastos de mantenimiento durante laexplotacin.

.El drenaje de los tneles es un concepto complejo por la cantidad de factoresque pueden verse implicados en el mismo y los distintos puntos de vista desdelos que puede ser contemplado. En sentido estricto podra comprender slolas medidas que tienen por objeto canalizar y conducir las aguas que puedenafectar al tnel.


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INDI E

INTRODUCCIN ......................................................................................................................................................... 5

1. OBJETIVOS ....................................................................................................................................................... 62. Aspectos generales ........................................................................................................................................... 6

3. Estudio del drenaje del tnel durante el proyecto......................................................................................... 9

4. Estudios geolgico, geotcnico e hidrogeolgico. ........................................................................................ 9

5. Consideracin del efecto de los tneles en la hidrogeologa del macizo................................................ 11

A. Terreno duro ........................................................................................................................................... 12

B. Terreno quebradizo ............................................................................................................................... 13

C. Terrenos blandos ................................................................................................................................... 14

6. Drenaje e Impermeabilizacin ....................................................................................................................... 16

6.1.-Drenaje ........................................................................................................................................................... 17

6.2.-Impermeabilizacin de tneles en mina .................................................................................................... 19

a) Va seca................................................................................................................................................... 20

b) Va semihmeda .................................................................................................................................... 21

7. Flujo de agua hacia un tnel .......................................................................................................................... 23

8. Efecto de flujo sobre las condiciones mecnicas de los tneles .............................................................. 25

9. Proteccin frente al agua durante la construccin .............................................................................................. 28

10. Proteccin frente al agua durante la explotacin ........................................................................................... 32

11. ESTUDIOS DE DRENAJE ........................................................................................................................ 38

12. SISTEMA DE DRENAJES ......................................................................................................................... 39

13. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE DRENAJE TPICO SON:..................................................... 40

14. CLASIFICACION DE SISTEMA DE DRENAJE ..................................................................................... 41

15. ELEMENTOS DE DRENAJE SUBTERRNEO ..................................................................................... 42

1) ZANJAS DRENANTES .............................................................................................................................. 42

2) PANTALLAS DRENANTES ...................................................................................................................... 43

3) FILTROS Y MATERIALES DRENANTES............................................................................................... 44

4) TUBERA DRENANTE ............................................................................................................................... 45

5) COLECTORES............................................................................................................................................ 45

6) ARQUETAS Y POZOS DE REGISTRO .................................................................................................. 46

16. Antecedentes de bombeo y desage en minas subterrneas............................................................. 46

17. BOMBEO Y DESAGE EN MINAS SUBTERRNEAS........................................................................ 48

I. Desage principal ....................................................................................................................................... 48

II. Desage secundario o auxiliar .................................................................................................................. 49

18. Ejercicios: .................... ..................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... 51

19. CONCLUCIONES ..................... ..................... ...................... ...................... ...................... ..................... ............ 60

20. BIBLIOGRAFIA .................... ..................... ...................... ...................... ...................... ..................... ................ 61


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INTRODUCCIN

En el plano Operativo de una explotacin, el objetivo primordial es conseguirque las aguas que entren en contacto con la mina (Tanto superficial comosubterrnea), y en los tneles de obras civiles para el transporte vehicular,deben ser las mnimas posibles, por lo tanto ejecutar una drenacion de lamanera ms controlada posible. El estudio de los problemas de drenaje de

mina tiene dos aspectos. El primero es el de mantener condiciones adecuadasde trabajo tanto a cielo abierto como en interior, para lo que es frecuente lanecesidad de bombeo del agua. El segundo aspecto del drenaje de mina esla gestin de las interferencias de la operacin en la hidrsfera. Esta gestintiene normalmente los siguientes objetivos

Minimizar la cantidad de agua en circulacin en las reas operativas

Reaprovechas el mximo de agua utilizada en el proceso industrial.

Eliminar aguas con ciertas caractersticas para que no afecten negativamentela calidad del cuerpo agua recepto. Para alcanzar estos objetivos la gestinincluye la implantacin y operacin de un sistema de drenaje adecuado a lascondiciones de cada mina y tnel, adems de un sistema de recirculacin delagua industrial.


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1. OBJETIVOSEntre los objetivos de Drenaje se pueden mencionar:

Evitar la presencia de aguas sobre la pista de trnsito en el tnel

Evitar la presencia de pozos y charcos de agua en la pista de transitodel tnel.

Evitar la humedad en las paredes del tnel, puesto que estos generandebilidad en el tnel.

Reduccin de la permeabilidad del tnel

La reduccin de las fuerzas hidrostticas actuantes en la base dela estructuras de retencin de agua o en el recubrimiento de un tnel.

Mejora de las condiciones de excavacin por estabilizacin,consolidacin y/o control de agua.

Mantiene las propiedades mecnicas del medio evitndose as lamodificacin de las propiedades fsicas y qumicas de las rocas

preexistentes.

Evita la desestabilizacin de las rocas altamente fracturadas parafacilitar las tareas de excavacin.

2. Aspectos generales

La heterogeneidad del medio geolgico impone dificultades alreconocimiento previo. Ello se ilustra en las Fig 3 y 4. En la Fig. 3 se ilustrala variabilidad esperable en terrenos aluviales a partir de los datosproporcionados por la excavacin de un tnel en gravas del Tmesis. Enla Fig. 4 aparece una propuesta de tipo de reconocimiento cuando lavariabilidad estratigrfica es notable.


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Segn

investigacin previaa contrato de lostrabajos del tnel.

Segn sondeosefectuados durantelos primerostiempos de laexcavacin.

Terreno excavadoen el tnel.

Fig.3-Variabilidad de terrenos aluviales en la cordillera de los andes.


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Disposicin de sondeos poco correcta

Disposicin ms correcta

Fig.4

La experiencia indica que una gran parte de las dificultades importantesque surgen en la construccin de tneles est directa o indirectamente

relacionada con el agua. El reconocimiento previo al proyecto yconstruccin debe intentar definir las circunstancias adversas en relacincon el agua. Se ha criticado (Fig. 1) la importancia desmesurada que seotorga en informes previos a la descripcin de las circunstancias geolgicasen detrimento de otra informacin fundamental para la construccin de untnel. La informacin que proporcione el reconocimiento debe serinterpretada y transformada en recomendaciones y propuestasconcretas en relacin con la construccin del tnel. La acumulacin dedatos por s misma tiende a ser irrelevante.


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Relacin de informes dedicados a distintosmbitos (Muir Wood & Kirkland, 1985

3. Estudio del drenaje del tnel durante el proyecto

De manera breve se podra afirmar que el estudio del drenaje del tnel enel Proyecto se basa en el estudio hidrogeolgico del mismo.

Hay dos factores que es necesario tener en cuenta en el estudio del drenajedel tnel:

La estrecha conexin entre los aspectos geolgicos, geotcnicos ehidrogeolgicos.

La compleja relacin en el aspecto hidrulico del tnel con el terreno enel que se excava.

4. Estudios geolgico, geotcnico e hidrogeolgico.

Es conveniente la planificacin conjunta de estos estudios por la estrecharelacin entre ellos.

As, desde el comienzo del estudio geolgico se debe prestar atencin alos aspectos hidrogeolgicos que van a condicionar los caudalesinterceptados por el tnel. La cartografa geolgica debe de recoger condetalle la presencia de pliegues, fallas, diques y contactos entreformaciones de diferente permeabilidad, etc, y analizar las consecuenciasde los mismos, no slo desde el punto de vista geo mecnico, sino tambinhidrulico.


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El sistema de impermeabilizacin depender directamente de los caudalesde agua infiltrados en el tnel. Existen diferentes mtodos empricos paracalcularlos, tales como: mtodo de Hvorslev, Goodman, Heuer, Dupuit,

Romanova, etc.

Dichos caudales variarn en funcin de:

La geologa de los sustratos, en cuanto a la capacidad para almacenary transmitir el agua; existencia de fallas, contactos, plegamientos, etc.

La climatologa, factores como la pluviosidad, heladas, evaporacin, etc.Est directamente relacionados con la capacidad de recarga de losacuferos.

La geomorfologa, donde las condiciones de la superficie, orografa, ycaractersticas del suelo, determinan la escorrenta superficial; y por tantolas posibilidades de infiltracin relacionada directamente con la recarga delos acuferos.

Los parmetros hidrogeolgicos ms interesantes son:

PorosidadPermeabilidadGradiente hidrulicoTransmisividad

As, en el estudio geolgico, hay que prestar una atencin especial aaspectos como los siguientes:

La litologa, estratigrafa y accidentes geolgicos sobre todo pliegues yfallas de las formaciones rocosas afectadas por el tnel, dado que sonfactores que influyen de manera decisiva sobre los caudales captadospor el mismo.

La fracturacin, dado que en las rocas gneas y metamrficas con pocogrado de alteracin la mayor parte de los caudales llegan a travs dedichas fracturas y la permeabilidad medida en la direccin delbuzamiento es tambin muy superior a la media del macizo. En cuantoa las rocas sedimentarias carbonatadas, la permeabilidad primaria, esdecir, la que se produce a travs de la roca matriz, es casi siempredespreciable frente a la secundaria, debida a los fenmenos defracturacin y disolucin.


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En todas las formaciones, los pliegues y fallas son zonas de debilidadque pueden aportar caudales localizados. En los primeros, los sinclinalessuelen ser problemticos al atreverse posibles puntos bajos de estratos

apoyados en otros ms impermeables y, en cuanto a las fallas, son losaccidentes potencialmente ms peligrosos. Por una parte, actan comobarreras hidrulicas al poner en contacto estratos permeables con otrosimpermeables, pudiendo dar lugar a fuertes diferencias piezomtricaslocalizadas y, por otra parte, el plano de falla puede actuar comoconductor si se trata de una brecha o como interceptor si se trata de unamilonita.

El estudio simultneo de las caractersticas litolgicas y estructurales delas formaciones y el del emplazamiento y caudal de los manantiales

existentes puede dar datos hidrogeolgicos interesantes. Por ejemplo, sien las laderas de una montaa o de un valle aparecen variosmanantiales de poco caudal, suelen indicar la presencia a pocaprofundidad de materiales poco permeables y la existencia de un nivelfretico somero. Por el contrario, si aparecen manantiales de mayorvolumen en el fondo del valle, normalmente ser indicio de que el aguarecogida por la ladera percola verticalmente a travs de rocaspermeables, dando lugar a un nivel fretico ms profundo. Por tanto,segn la posicin del tnel y la permeabilidad de las formaciones queatraviesa, podr interceptar o no a los acuferos y captar aguas de losmismos.

Formaciones especialmente conflictivas son las susceptibles de sufrirfenmenos de disolucin, como son los terrenos calcreos o los de yeso.En el caso de las calizas, aparte de los problemas inherentes a lacertificacin, est el de ser acuferos potenciales, especialmente en elcontacto con formaciones impermeables. En el caso de los yesos, apartede los fenmenos de disolucin, hay que tener presente su capacidadde generar aguas agresivas para los hormigones o morteros utilizadosen el tnel.

Formaciones potencialmente expansivas, como determinados tipos dearcillas o las anhidritas.

5. Consideracin del efecto de los tneles en la hidrogeologadel macizo

Estudios Hidrogeolgicos establecen los siguientes criterios de obligadocumplimiento en el proyecto de obras subterrneas para el transporteterrestre necesarios para conseguir conocer de una manera suficiente las

etapas de construccin o explotacin, las siguientes facetas:


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Establecimiento de la situacin de los niveles freticos, y eventualvariacin estacional.

Existencia de fuentes, manantiales, captaciones de agua, etc, quepuedan influir en el tnel, o ser influidos por este.

Permeabilidad o transmisividad de los diferentes terrenos que pudieranejercer su influjo en los aportes de agua al tnel durante la vida de la obra.

Factores que influyen en la eleccin del drenaje o impermeabilizacin deltnel.

Influjo del eventual drenaje del tnel en la posible variacin de lascondiciones hidrulicas de los niveles freticos, afloramientos oaprovechamientos.

Posibilidad de que el tnel suponga una barrera total o parcial a lascorrientes sublveas naturales y la correspondiente variacin de lascircunstancias.

Influencia del terreno y del sistema constructivo

Los sistemas de impermeabilizacin podrn variar en funcin del tipo de

terreno, ya que estarn directamente relacionados con el mtodo deexcavacin empleado, y tambin con el tipo de sostenimiento sobre el quese va a instalar el sistema.La importancia del terreno es decisiva para la construccin de un tnel, porun lado en el sistema de construccin y por otro en el tipo de revestimientoutilizado.

Con respecto al sistema de impermeabilizacin se pueden distinguir trestipos de terreno,

Terreno duro Terreno quebradizo Terreno blando

A. Terreno duro

Se utilizan procedimientos de excavacin en grandes bloques y dada lanaturaleza del terreno el tnel es estable (por cierto tiempo) no siendonecesario un sostenimiento previo. En estos casos no hace falta lautilizacin de revestimientos que soporten el terreno y establezcan unequilibrio, basta con eliminar irregularidades y rellenar fisuras mediante


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hormign proyectado, y aplicar despus el sistema de impermeabilizacinsobre esta superficie ondulada y rugosa.

Por ltimo se revestir con hormign encofrado o proyectado si esnecesario formar la estructura de soporte del tnel, teniendo en cuenta lapresin del terreno e incluso del agua.

B. Terreno quebradizo

No se puede construir el tnel a seccin completa, es preciso hacerlo poretapas sucesivas dando lugar a varios tipos de avance (nuevo mtodoAustriaco, Belga, Ingls, etc.) siendo preciso la realizacin de unsostenimiento previo en cada fase que garantice la seguridad del tnel ypor lo tanto del avance (cerchas, hormign proyectado, bulones, etc.). Essobre este soporte y antes del revestimiento estructural, donde se realizarla impermeabilizacin.


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C. Terrenos blandos

En este tipo de casos (plsticos) el tnel tiene que estar construido en elespacio creado por la mquina tuneladora (T.B.M.) y por tanto es precisoque 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 desuperficies de dichas dovelas (en el caso de dovelas reticulares ometlicas, es necesario primero igualar la superficie como soporte delsistemapdeppimpermeabilizacin).

Cuando la unin entre dovelas y la impermeabilizacin no sea suficientepara soportar la presin del agua, es necesario construir un revestimientointeriorpconphormignpencofrado.


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Una vez definidos los procedimientos de impermeabilizacin, segn laInfluencia del terreno, ser importante resaltar la determinacin deconsecuencias para la eleccin del material de impermeabilizacin. Con

revestimientos rgidos solo se necesita un material de flexibilidad muypequea sin embargo con revestimientos flexibles (dovelas) solo se puedeutilizar materiales con un alto grado de elasticidad.


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6. Drenaje e Impermeabilizacin

Se tratar ahora sobre la manera de afrontar la accin del agua sobre el

tnel y de esos efectos colaterales que pueden involucrar a otros bienes oservicios de muy diverso tipo afectados por su construccin.

Como en cualquier estructura en contacto con el terreno, caben en principiodos maneras de actuar frente a la accin del agua. Una consiste en tratarde oponerse al paso de la misma, es decir, reforzar todo lo posible laimpermeabilizacin, mientras que en el polo opuesto est la de no impedirla entrada del agua sino ms bien controlar su entrada mediante losdispositivos de drenaje para conducirla y verterla al exterior.

En principio, pueden parecer trminos o estrategias contrapuestas y, vistasdesde un punto de vista estricto, as es. No obstante, y al igual que ocurreen otras estructuras en contacto con el terreno como los muros (ya sean destanos, estribos de puente, etc) las tendencias actuales son las de ponerun drenaje en el contacto con el terreno y, por otra parte, aplicar algn tipode impermeabilizacin en la cara del trasds de la estructura. En estesentido son, por tanto, aspectos complementarios que colaboran paragarantizar la durabilidad de la estructura.

En el caso de los tneles la solucin es ms compleja porque estcondicionada por varios factores:

Afecciones a acuferos o a masas o corrientes de agua superficiales.Sistema constructivo.Funcionalidad del tnel.

En cuanto al primer factor, es claro que una mayor sensibilidad frente a lacaptacin de aguas, ya sea por razones ambientales o por posiblesproblemas constructivos, por afeccin a cimentaciones, etc, hace necesarioponer un mayor nfasis en la impermeabilizacin.

Lo mismo ocurre con el tercer factor, ya que, segn la funcionalidad del

tnel, se pueden admitir unas mayores o menores filtraciones durante laexplotacin del tnel pero, lgicamente, en una gran parte de los tneles,es precio lograr unas filtraciones reducidas durante el perodo de la vida tilde la obra. Ms adelante se tratar sobre las prescripciones de la normativareciente a este respecto.

En cuanto al segundo factor, el mtodo constructivo es el que puede darlugar a mayores diferencias en los flujos de agua que se produzcan durantela obra, tanto por el propio mtodo en s, que puede conllevar un mayornfasis en el drenaje o la impermeabilizacin, como por el hecho de que enesta etapa, de duracin relativamente corta, puede ser admisible en


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muchos casos aceptar una mayor presencia de agua en la obra, siempreque la misma se controle adecuadamente

6.1.-DrenajeDependiendo de los caudales de filtracin, se efectuar unaimpermeabilizacin primaria a base de drenes con Media Caa (sistemaOberhasli) para recoger y conducir las grandes aportaciones de agua a losdrenes o cunetas longitudinales. Este sistema se efectuarsistemticamente dependiendo de las zonas de mayor filtracin o no, encuyo caso, su aplicacin ser puntual.

La misin de los drenes es, adems de recoger el agua, presentar soportesadecuados para la aplicacin del hormign proyectado polimrico

impermeable posterior.

Los sistemas de impermeabilizacin primaria (drenaje) ms usuales en elNuevo Sistema Oberhasli son:

Media Caa de material plstico, adosada al contorno opermetro, en forma de espinas de pez o no. Se puedenproteger en su colocacin mediante pasta de cemento conacelerante ultrarrpido Sika 4a, capaces de fraguar en

presencia de agua y a su vez protectoras de la mediacaa. ver Fig.)


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Media Caa de material plstico, colocada en roza perimetral

de dimensiones apropiadas al caudal y dimensin de la Media Caa,selladas en bordes con Sikaswell S-2

Dren autoformado mediante hormign proyectado impermeablesobre mangueras retiradas o Medias Caas, para la formacin del

dren.

El acceso a los conductos de drenaje en su parte inferior (altura enhastial >0,80 m) debe figurar en los proyectos de manera particular,con el fin de permitir los controles posteriores de mantenimiento del tnelSe efectuar en toda la superficie a tratar, un tratamiento impermeable abase de hormign proyectado polimrico, de 4 cm. de espesor mnimo,previa limpieza de soporte existente Como informacin del procedimientode aplicacin del Hormign Proyectado, se contempla a continuacin su

tecnologa.


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6.2.-Impermeabilizacin de tneles en mina

En los tneles excavados en mina que luego van a ser revestidosmediante un anillo de hormign se utilizan normalmente como sistemade impermeabilizacin lminas de poli cloruro de vinilo en base a lasnormativas nacionales y europeas en vigor. El sistema deimpermeabilizacin con lminas de PVC es el ms implantado en Espaay en Europa y consiste en la colocacin de un material protector de lamembrana impermeabilizante que se coloca contra la superficie delsostenimiento para luego instalar la lmina de PVC.

En lacons t rucc inde tneles, laimpermeabi l idad seconv ierte una d e lasca ract erst ic as msimpor tantes de

cualquier proyecto.

El sistema tiene total garanta debido a los sistemas de soldadurautilizados para unir diferentes lminas, que son realizadas mediantemquinas semiautomticas de aire caliente con el sistema de doblecordn de soldadura con canal central de comprobacin. Dicha

soldadura se puede ensayar mediante la inyeccin en el canal de airecomprimido.

En algunos tneles se utilizan sistemas de drenaje mediante lminasdrenantes. Dicho sistema no garantiza la impermeabilizacin, peropara muchas obras puede ser suficiente, ya que lo que s aseguraes una muy buena capacidad de drenaje


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En los tneles excavadosen mina que luego van a serrevest idos mediante un ani l lo de

hormign se ut i l izannorma lmen te como s is temade im permeabi l izac in lm in as depol i c lo ru ro v in i l o .

a) Va seca

Procedimiento mediante el cual todos los componentes del mortero uhormign proyectado son previamente mezclados, a excepcin del aguaque es incorporada en la boquilla de salida antes de la proyeccin de lamezcla. El transporte de la mezcla sin agua se realiza a travs demangueras especiales de forma neumtica (flujo diluido) desde la mquinahasta la boquilla de proyeccin.

El cemento y los ridos deben estar mezclados adecuadamente hastaconseguir una perfecta homogeneidad en proporciones variables. Lonormal es utilizar un cemento Portland, aunque a menudo se empleancementos especiales, junto con diferentes clases de ridos (artificiales naturales, de ro o de machaqueo) Dicha mezcla de emento/ridos en secose introduce en un alimentador, entrando en la manguera de transportemediante una rueda distribuidor (rotor).

La mezcla es transportada mediante aire a presin hasta una boquilla opistola especial. Esta boquilla va equipada con un distribuidor mltiple

perforado, a travs del cual se pulveriza agua a presin que se mezcla conel conjunto cemento/ridos. La mezcla ya hmeda se proyecta desde laboquilla sobre la superficie que debe gunitarse.

En este sistema, la adicin de los aditivos acelerantes de fraguado en polvose realizar sobre la tolva de alimentacin de la mquina gunitadora,mientras que en el caso de empleo de aditivo acelerante lquido este sedosificar mediante un dosificador de aditivos apropiado, aadindose a lamezcla de hormign unos 4 5 m. antes de la boquilla de proyeccin.


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b) Va semihmeda

Procedimiento mediante el cual todos los componentes del mortero uhormign proyectado son previamente mezclados, a excepcin de unaparte del agua que es incorporada a 4-5 metros de la boquilla especial desalida antes de la proyeccin de la mezcla. Se utilizan ridos hasta con el8 % de humedad, bien debido a su procedencia o aadindole dicha aguaen planta. El transporte de la mezcla se realiza a travs de manguerasespeciales de forma neumtica (flujo diluido) desde la mquina hasta laboquilla de proyeccin.

El sistema de hormign proyectado por va semihmeda es idntico en susprimeras fases a la va seca, difiriendo nicamente de l, en que se utilizan

ridos con humedades de hasta el 8 %, bien debido a su procedencia o auna adicin de agua en la mezcladora y que a una distanciaaproximadamente de 4-5 m. de la boquilla de proyeccin se efecta laadicin complementaria del agua, mejorndose as las propiedades de lamezcla al llegar a la boquilla, de la que saldr el mortero u hormignproyectado. Otra de las ventajas de este sistema es que evita el polvoresultante de la proyeccin, as como la prdida de cemento en la mezclaal salir de la boquilla especialmente diseada para ste sistema. Tambinse puede considerar que el agua aadida se incorpora perfectamentedurante esos 4-5 m a la mezcla, hacindola ms homognea y lo que esms importante, que la relacin agua/cemento sea adecuada, permitiendo

una homogeneidad de resultados no superior al 10 %.

- La instalacin de sistemas de impermeabilizacin es una sofisticadapieza de ingeniera. Slo una instalacin precisa puede llevar al xito. Elms mnimo error permitira que entre el agua, entre la geo membrana yentre la capa de hormign en el interior.- El instalador no puede ser el nico responsable para garantizar el xitode un sistema de impermeabilizacin en tales circunstancias, haydemasiados riesgos de daos despus de que haya culminado su trabajo.- El contratista tiene la obligacin de ejecutar las obras de la mismamanera profesional y cuidado que el instalador para ofrecer un tnel seco.

- Esta es una tarea difcil y por consiguiente pueden suceder fallos enel sistema de estanqueidad. Por lo tanto, un sistema de reparacin estprevisto desde el principio a travs de la integracin del sistema decompartimentacin con tuberas de inyeccin. Se ofrece una oportunidadreal para cerrar las fugas en el sistema de impermeabilizacin


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7. Flujo de agua hacia un tnel

Los tneles, revestidos o no, tienden a actuar como drenes permanentesen el terreno (Ward y Pender, 1981). Los datos recogidos en la Fig. 5muestran la importancia de la filtracin hacia tneles en la red deferrocarriles de Japn. No se detectan diferencias notables entre litologas(a excepcin quiz de los terrenos volcnicos) y se advierte el notableincremento de caudales filtrados que suponen las zonas fracturadasdebido al aumento de permeabilidad. La filtracin hacia los tneles tiendea disminuir con el tiempo (Fig. 5, 6) seguramente como consecuencia derebajamientos permanentes progresivos de niveles piezomtricos.Algunas excepciones (incremento de caudales) pueden estar asociadasal lavado de juntas y prdida de finos en las inmediaciones de los tneles

donde los gradientes tienden a ser altos.a)


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a) Simulacin de macizo lkmoldiaclasado

b) Malla interconectada y condicionesk l l l de contorno

8. Efecto de flujo sobre las condiciones mecnicas de lostneles

Una parte de la carga que el terreno, en presencia de agua en filtracin,ejerce sobre el revestimiento de un tnel lo constituye la distribucin depresiones de agua sobre el mismo. La distribucin de presiones de aguasobre un revestimiento impermeable puede calcularse fcilmente a partirde una red de corriente. En el caso concreto de las Figs. 10 y 11 se ilustrael efecto que sobre las presiones de agua ejercidas sobre elrevestimiento de un tnel, tiene la mayor o menor proximidad de un tnelde drenaje.


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Fig.-10-Red de corriente con proximidad de un tnel de drenaje (Oteo, 1982)


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Fig.11-Empujes del agua en el revestimiento de un tnel con tnel de drenaje (Oteo, 1982)


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9. Proteccin frente al agua durante la construccin

Es comn la utilizacin de inyecciones desde el exterior (Fig. 26 y 27, en esteltimo caso acompaada de un paraguasde jet grouting)o bien desde el interior del

propio tnel. En general, en terrenos de mala calidad saturados, se combinanprocedimientos de drenaje e inyeccin desde el propio tnel. Es frecuente que encircunstancias difciles se dispongan taladros de longitud apreciable (30 m 100 m),

perforados desde el frente, para detectar presiones o caudales elevados y permitir eldrenaje (Fig. 28b). La combinacin de inyecciones y drenaje que aparece en la Fig. 28a es similar en su concepcin a la Fig. 20c, discutida anteriormente.

Fig. 26Tratamiento de tneles en Hong-Kong (Mc Feath Smith + Haswell, 1985)

Un caso interesante de drenaje intensivo mediante aplicacin de vaco, de granitos

descompuestos saturados de baja permeabilidad aparece en la Fig. 29. Esteprocedimiento fue la alternativa, finalmente ejecutada, a un mtodo por congelacininicialmente proyectado.

Los niveles piezomtricos se pueden reducir tambin desde el exterior utilizando pozosde bombeos. En ocasiones (Fig. 30) es necesario completar este drenaje exterior condrenajes suplementarios desde el propio tnel.

En grandes obras se ha recurrido a tneles de drenaje auxiliares. El tnel de Seikan,ampliamente descrito en muchas referencias, es un ejemplo de este concepto


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Fig.27-Metro de Miln. Esquema de tratamiento (Tornaghi + Cippo, 1985)

a)TRATAMIENTOS EN EL PASO DE UNA FALLA IMPORTANTE

b) PERFIL HIDROGEOLGICO Y ESQUEMA DE DRENAJE PREVIO A LA EXCAVACIN

FIg.28.Tnel Long, Congo-Ocano, A = 40 m2 y L = 4.6 Km (Lepetit + Chapeau, 1985)


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Kgsc10

8m /s

Drenes: 3000 mlineales; long:20-25 metros

Q 10 -

15m3

/s

Fig.29-Drenaje en eltnel de DuToitskloo, Sudfrica(Btter, 1987)


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Fig. 30. Tnel de Kokubu (Tokyo). Esquema de drenaje (Fujimori et al, 1985)

Fig. 31. Tnel de Seikan (Megaw + Barlett, 1981)


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10.Proteccin frente al agua durante la explotacin

Se emplean tcnicas de drenaje y de impermeabilizacin. Con el drenaje sepretende adems reducir a cero la presin de agua, generalmente en el trasds delrevestimiento. Para ello el agua debe ser conducida (drenada) y evacuada poralgn procedimiento. En la Fig. 32 se ha dibujado un esquema del sistema dedrenaje utilizado en algunos tneles de Espaa (tneles en la autopistaCampomanes-Len). El drenaje interior de la calzada puede utilizar los mismossistemas de evacuacin que se disean para el drenaje del tnel propiamentedicho. En el caso dibujado el drenaje est confiado a un material de alta

porosidad situado entre el revestimiento definitivo y el macizo rocoso o terreno,ya sostenido. La descarga del agua recogida en el dren de gravas de base se

efecta al amparo de juntas abiertas que coinciden con juntas de construccin. Enestas juntas abiertas pueden tener origen otros sistemas adicionales de drenaje(taladros-dren, rozas, etc.

Fig-32-Esquema de sistema de drenaje utilizado en tneles de la autopista Campomanes-Len

En construcciones recientes, el drenaje suele ir asociado a la impermeabilizacin.Con frecuencia, son lminas de PVC situadas en el extrads del revestimiento lasque aseguran la estanqueidad del tnel. Estas lminas asientan sobre mallas

permeables que adems de asegurar el drenaje proporcionan una adecuadaregularizacin de la superficie irregular del sostenimiento (Fig. 33 a). Debetenerse en cuenta en el proyecto la prdida de permeabilidad originada por la

presin ejercida por el terreno (Fig. 33b) y la influencia de precipitaciones ydepsitos transportados por el agua de filtracin (Fig.33). Un ejemplo dedisposicin de la membrana de impermeabilizacin se ha recogido en la Fig. 34

No son comunes, en diferentes pases, las prcticas de impermeabilizacin de


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tneles. Algunos suelen exigir la impermeabilizacin integral de toda la longituddel tnel. El otros, se drena y/o impermeabiliza determinados tramos con problemas

concretos. Tampoco es universal la impermeabilizacin mediante membrana enel trasds del revestimiento. A veces la impermeabilizacin se confa a unrevestimiento secundario, interior al revestimiento (o sostenimiento) principal.Este revestimiento secundario puede cumplir adems otras funciones (incrementode luminosidad, esttica). Se han reunido unos ejemplos en la Fig. 35

Figs. 33Drenaje (Malla tridimensional) e Impermeabilizacin(Membrana impermeable PVC); Berkhout et al,

1987

Si el tnel se construye mediante dovelas prefabricadas (sistema que nonecesariamente se utiliza en terrenos de baja calidad) se consigue una

impermeabilizacin efectiva mediante materiales de sellado comprimidos entrelas juntas longitudinales y transversales de las dovelas (Fig. 36 a). Msrecientemente se han utilizado tambin inyecciones de bentonita/cemento, cementocon ltex, resinas, en conductos de sellado limitados por las propias dovelas

prefabricadas. En estos sistemas mediante dovelas una primera barrera al paso delagua lo constituye con frecuencia la inyeccin de trasds. La experiencia demuestrasin embargo que estos tneles actan tambin como drenes de los acuferos queatraviesan


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Fig,34.-Metro de Washington. Impermeabilizacin (Martin,1987)

Premio ASCE para el mejor proyecto en Ingeniera Civil,

1987

En la mayora de los tneles el agua drenada es evacuada mediante conductos hacia elexterior siguiendo las pendientes naturales del trazado. En otras ocasiones ysingularmente en el caso de tneles subacuticos es necesario prever estacionesinteriores de bombeo pues el trazado supone la existencia de puntos interiores de

acumulacin del agua drenada


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ESTRUCTURA SANDWICH DE FIBRA DEVIDRIO Y RESINA DE

POLIESTER


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-PLANCHAS DE ALUMINIOCORRUGADAS

Fig35.-Revestimiento secundario de proteccin frente al agua enNoruega

(Krokeborg + Pedersen,

80s)

CEMENTO DE ASBESTOS(FRGIL) PLOMO (CARO)

Fig. 36a. Impermeabilizacin en tneles construidos mediante dovelas (Megaw + Bartlett, 1981)


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Fig. 36b. Impermeabilizacin en tneles construidos mediante dovelas (Lyons, 1979)

Fig. 37. Esquema de drenaje en un tnel subacutico (Bendelius, 1982)


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11. ESTUDIOS DE DRENAJE

Toda explotacin minera se ubica en una cuenca hidrolgica e

hidrogeolgica concreta y, en la mayora de los casos, se desarrolla pordebajo de los niveles freticos de la zona. Por ello, las explotacionesconstituyen puntos de drenaje o de descarga de corrientes superficiales osubterrneas y, en todo los casos, pueden llegar a alterar el funcionamientohidrolgico o hidrogeolgico de la zona. El estudio de las condicioneshidrogeolgicas puede ser requerido en los proyectos mineros para lossiguientes objetivos:

El desarrollo de perfiles geoqumicos para apoyo en la localizacin depotenciales yacimientos

La determinacin de los niveles freticos y los perfiles de presin conla profundidad La obtencin de muestras de agua para la evaluacin de los niveles de

calidad de bases Estudios ambientales de base) previos y durante laexploracin, el minado y a la conclusin de la explotacin Minera.

Determinacin de los caudales profundos y sus presiones en laestabilidad de las explotaciones subterrneas

La evaluacin de mtodos de control de flujos subterrneas y de suinfluencia en la estabilidad.

La monitorizacin del desage subterrneo y la potencialcontaminacin originada en las pilas de lixiviacin, vertederos y presas.

La diversidad de los problemas de tipo hidrolgico que pueden encontrarsetanto en minera subterrnea como rajo abierto es muy grande, lasafecciones hidrolgicas e hidrogeolgicas debidas a las actividades dedrenaje y desage de la mina sern de larga duracin, ya que los trabajosdeben haberse iniciado dos o tres aos antes del comienzo de laexplotacin, se prolongan a lo largo de la vida de la mina (20-25 aos oms) y seguirn durante la fase de abandono, una vez concluida laexplotacin. El conjunto de afecciones exigen disponer desde el inicio delproyecto, de un exhautivo estudio de hidrogeologa previo, en el que:

Se identifique y caracterice detalladamente toda el rea defuncionamiento y de afeccin hidrogeolgica de la zona a explotar(reas de recarga y de descarga)

Permita plantear un modelo conceptual de funcionamiento Posteriormente, permita el desarrollo de un modelo numrico de flujo

que incluya la simulacin de una serie de alternativas de drenaje Permita llegar, finalmente, a la eleccin y el diseo del sistema de

drenaje que se considere convenientemente


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12. SISTEMA DE DRENAJES

La funcin principal de un sistema de drenaje es la de permitir la retirada

de las aguas que se acumulan en depresiones topogrficas del terreno,causando inconvenientes ya sea a la agricultura o en reas urbanizadas.El origen de las aguas puede ser:

Por escurrimiento superficial Por la elevacin del nivel fretico, causado por el riego, o por la

elevacin del nivel de un ro prximo Directamente precipitadas en el rea.

Otra funcin sumamente importante del sistema de drenaje es la decontrolar, en los permetros de riego, la acumulacin de sales en el suelo,lo que puede disminuir drsticamente la productividad.

Principalmente, el sistema de drenaje est compuesto por una red decanales que recogen y conducen las aguas a otra parte, fuera del rea aser drenada, impidiendo al mismo tiempo, la entrada de las aguas externas.Tpicamente estos sistemas se hacen necesarios en los amplios estuariosde los grandes ros y en los valles donde el drenaje natural es deficiente.

La red de canales o azarbes debe ser peridicamente limpiada, eliminandoel fango que se deposita en ellos y las malezas que crecen en el fondo yen los taludes, caso contrario muy fcilmente el flujo del agua se modificaray se perdera la eficiencia del sistema.

Cundo los terrenos que deben ser drenados estn todos a una cotasuperior a la obra o recipiente donde se quiere llevar el agua drenada, sepuede aprovechar la declividad natural del terreno y el sistema funcionaperfectamente con la fuerza de la gravedad. Caso contrario deberimplementarse una estacin de bombeo.

Cuando la zona a ser saneada se encuentra a una cota inferior a lascircundantes, y esta disponible un ro con un considerable transporte slido,

se puede provocar el llenado de los terrenos bajos, para permitir el depsitode los sedimentos y as elevar su nivel.

Esta operacin se ha hecho mucho en el pasado, eliminando de esa formaextensas reas de tierras bajas. La concepcin actual ya no consideraconveniente este tipo de intervencin.

En algunos casos se debe recurrir al bombeo de las aguas metericas,pues no existe la posibilidad de que estas salgan naturalmente. Lasprimeras instalaciones de este tipo se dieron en el siglo XIX, en Europa,con bombas movidas a vapor.


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La introduccin de los motores de combustin interna y posteriormente losmotores elctricos modificaron sustancialmente la capacidad y lascaractersticas de los sistemas de drenaje que se hicieron cada vez msflexibles y potentes. En el siglo XX, la necesidad de ampliar la fronteraagrcola y la necesidad de contrarrestar las enfermedades endmicas queflagelaban la poblacin de las zonas costeras bajas han dado gran impulsoa la implementacin de sistemas de drenaje, y generaron la construccinde importantes sistemas de drenaje que permitieron el drenaje de vastasreas.

13. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE DRENAJE TPICO SON: Canales de campo o drenes enterrados; Canales secundarios y principales, estos canales se caracterizan por

ser generalmente profundos, y su fondo se encuentra a cotas inferioresa las cotas del terreno circundante. Generalmente los canales dedrenaje no son revestidos, o si deben revestirse para consolidad lostaludes, el revestimiento debe ser permeable, de manera a noobstaculizar la entrada del agua contenida en el suelo al canal;

Obras de proteccin de las mrgenes de los canales, principalmente

en las confluencias y en las curvas; Obras de control de la erosin en el fondo de los canales (saltos de

fondo) Estaciones de bombeo (no siempre necesarias)


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14. CLASIFICACION DE SISTEMA DE DRENAJE


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15. ELEMENTOS DE DRENAJE SUBTERRNEO

Las recomendaciones para el proyecto y construccin del drenaje

subterrneo en obras de carretera establecen que el proyecto deberdefinir con el nivel de detalle que en cada caso proceda, los sistemas dedrenaje subterrneo a disponer, justificando convenientemente su elecciny adecuacin a cada caso.

Se definen a continuacin una serie de criterios bsicos relativos a loselementos de drenaje subterrneo de ms frecuente utilizacin en obras decarretera. Algunos de ellos son especficos en este tipo de trabajos,mientras que otros son de uso ms general; en este ltimo caso se hanreflejado los principales aspectos de aplicacin dentro del mbito de estedocumento.

1) ZANJAS DRENANTES

Son zanjas rellenas de material drenante y aisladas de las aguassuperficiales, en el fondo de las cuales generalmente se disponetubera drenante.

Las zanjas drenantes se proyectarn para proteger las capas de firmey la explanada de la infiltracin horizontal, para evacuar parte del aguaque pudiera haber penetrado por infiltracin vertical, as como pararebajar niveles freticos y drenar localmente taludes de desmonte ocimientos de rellenos.

Cuando las zanjas drenantes pretendan el rebajamiento del nivelfretico, el proyecto deber determinar la necesidad de efectuarensayos in situ para conocer el valor de los coeficientes depermeabilidad de los terrenos.


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El agua afluir a las zanjas a travs de sus paredes laterales, sefiltrar por el material de relleno hasta el fondo y escurrir por este,o por la tubera drenante. Tambin podr acceder por su partesuperior, si el sistema de drenaje subterrneo estuviera concebidopara funcionar de esta manera.

En caso de que no estuviera bien aislada superficialmente podrapenetrar agua de escorrenta, lo que deber evitarse en todo caso.

En ocasiones, previa justificacin expresa del proyecto, podrnomitirse las tuberas drenantes, en cuyo caso la parte inferior de lazanja quedara completamente rellena de material drenante,constituyendo un dren denominado ciego o francs, en el que elmaterial que ocupa el centro de la zanja es preceptivamente ridogrueso,

2) PANTALLAS DRENANTES

Las pantallas drenantes, o pantallas drenantes de borde, son zanjasbastante ms profundas que anchas su anchura no suele superarlos veinticinco centmetros (25 cm), que se disponen normalmenteen el borde de capas de firme o explanada, en cuyo interior sedispone un filtro geo textil, un alma drenantes y generalmente, un

dispositivo colector en la parte inferior.

Se distinguen dos tipos de pantallas, dependiendo de cul sea elalma drenante proyectada:

In situ, en las que suele ser material granular. Prefabricadas, en las que el alma drenante se elabora en un

proceso industrial.

Aunque las pantallas drenantes requieren una ocupacin de espacioen planta comparativamente menor que otras soluciones que

procuran objetivos similares, presentan condicionantes de limpiezay conservacin ms estrictos. En el proyecto se deber justificar demanera expresa la adecuacin de esta solucin a la problemticaplanteada, as como las caractersticas y ubicacin de las pantallasdrenantes, contemplando de modo expreso sus necesidades delimpieza y conservacin, y prescribiendo, salvo justificacin encontra, que su parte superior sea impermeable.

Las pantallas drenantes pueden disponerse en contacto con lascapas de firme o muy prximas a ellas. En este caso debe prestarse

especial atencin a sus condiciones de impermeabilizacin.


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El dimetro interior mnimo del dispositivo colector deber ser decien milmetros (100 mm).

Cuando la seccin no fuera circular, sta deber permitir lainscripcin de un crculo de dicho dimetro.

En caso de que se justifique de manera expresa en el proyecto, serposible la reduccin del dimetro, o incluso la eliminacin deldispositivo colector del fondo, atendiendo a circunstanciasexcepcionales.

La distancia entre arquetas no ser superior a cincuenta metros (50m) salvo justificacin expresa en contra del proyecto, efectuadateniendo en cuenta las necesidades de limpieza y conservacin del

sistema.

La construccin de las pantallas drenantes requiere maquinariaespecfica, en ocasiones con un tren completo de ejecucin de lasdistintas operaciones. En el proyecto deber definirse el procesoconstructivo a emplear, en coordinacin con el de las capas queconstituyen la seccin transversal de la carretera, detallando almenos los aspectos relacionados en el apartado.

El proyecto deber estudiar la estabilidad local de la zanja para elalojamiento de la pantalla y global de las obras, antes, durante y

despus de la ejecucin de las mismas.

3) FILTROS Y MATERIALES DRENANTES

Los filtros utilizados ms frecuentemente son los rellenos localizadosde material drenante y los geotextiles.

Rellenos localizados de material drenante: se estar a loespecificado en el artculo

Geotextiles: el Pliego de Prescripciones Tcnicas Particulares delproyecto determinar las caractersticas que deben cumplir losgeotextiles de acuerdo con las prescripciones de los artculos 290y 422 del PG3, prestando especial atencin a las propiedadesrelacionadas con los fenmenos de punzonamiento ycolmatacin.

Para ciertas aplicaciones especficamente definidas en el proyecto,podra estar indicado el empleo de materiales drenantes, nocontemplados en el artculo 421 del PG3, cuyas caractersticasdebern definirse en el Pliego de Prescripciones Tcnicas


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Particulares. En determinados casos, para tratar de evitar lacolmatacin de dichos materiales, puede resultar convenientedisponer adems geotextiles u otros elementos de filtro adicional ointermedio.

4) TUBERA DRENANTE

La tubera drenante es una tubera perforada, ranurada, etc., quenormalmente estar rodeada de un relleno de material drenante o ungeotextil, y que colocada convenientemente permite la captacin deaguas freticas o de infiltracin.

Sus caractersticas se determinarn de acuerdo con lo especificadoen los apartados 420.2.1 y 421.2.2 del PG

3.

El dimetro interior mnimo de los tubos ser de ciento cincuentamilmetros (150mm), salvo justificacin en contra del proyectoefectuada teniendo en cuenta las necesidades de limpieza yconservacin del sistema.

Cuando la seccin no fuera circular, esta deber permitir lainscripcin de un crculo de dicho dimetro.

Cuando estas tuberas se instalen en zanjas drenantes se estaradems a lo especificado en el apartado 3.1.1.

5) COLECTORES

Los colectores son tuberas enterradas conectadas a arquetas opozos de registro, de los que recogen las aguas provenientes de loselementos de drenaje.

No son elementos especficos del drenaje subterrneo de lascarreteras, ya que aunque pueden conducir caudales provenientesdel mismo, suelen recibir otros provenientes del drenaje superficialque normalmente sern muy superiores. En consecuencia, se estarcon carcter general a lo especificado para estos elementos en lanorma 5.2 IC Drenaje superficial o aquella que la sustituya.

En ningn caso se proyectarn colectores perforados, ranurados,con juntas abiertas, etc., para captar directamente aguas del terreno.

Cuando las posibles filtraciones desde el colector, pudieran afectara materiales susceptibles al agua (suelos tolerables con uncontenido de yesos, segn NLT 115, mayor del dos por ciento (2%),suelos marginales o inadecuados, o rocas que no puedanconsiderarse estables frente al agua, segn se especifica en losartculos 330, 331 y 333 del PG

3), el proyecto establecer

prescripciones complementarias para garantizar su estanqueidad de


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manera especial, tales como sellado de juntas, encamisado detubos, etc.

Cuando el trazado en planta de un colector coincida con el de unazanja drenante, se estar a lo especificado al respecto en el apartado

6) ARQUETAS Y POZOS DE REGISTRO

Se estar con carcter general a lo especificado en el artculo 410del PG3 y en la norma 5.2 IC Drenaje superficial o aquella que lasustituya.

El fondo de la arqueta o pozo de registro estar constituido por unasolera que garantice su impermeabilidad. Cuando las posibles

filtraciones desde los pozos o arquetas puedan afectar a materialessusceptibles al agua (suelos tolerables con un contenido de yesos,segn NLT 115, mayor del dos por ciento (2%), suelos marginales oinadecuados, o rocas que no pueden considerarse estables frenteal agua, segn se especifica en los artculos 330, 331 y 333 del PG3), la condicin de impermeabilidad deber extenderse a paredes yjuntas.

Los detalles necesarios para dar pendientes a la solera, construirconexiones hidrulicas, garantizar la visitabilidad, etc., seproyectarn en general mediante elementos especficos de

hormign (hormigones de forma).

Las zanjas drenantes normalmente desaguarn su caudal a travsde la tubera drenante alojada en su fondo, que se prolongar hastael paramento interior de arquetas y pozos de registro.

Para evitar acumulaciones de agua en el contacto entre la zanja y laarqueta o pozo, se proyectar en el fondo de la zanja, al menos enlos cinco metros (5 m) ms prximos a la arqueta o pozo, una solerade hormign en la que la tubera drenante se encuentre embebida almenos cinco centmetros (5 cm) al llegar a la seccin de insercin

(vase figura).

16. Antecedentes de bombeo y desage en minas subterrneas

Una tarea fundamental en la explotacin de minas lo constitua la extraccinde las aguas que se generaban en el interior, se tiene conocimientos delaboriosos mtodos utilizados para la extraccin, en la poca romana esteproblema se solucion mediante la construccin de galeras de drenaje (aveces de varios kilmetros de longitud) que exigan un buen estudio


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topogrfico y maquinaria como la noria, el tornillo de Arqumedes o labomba de pistones

En la poca medieval se solucionaba el problema mediante la conduccinde las aguas por las galeras mediante cunetas a unos depsitos derecepcin en zonas determinadas, siempre en las zonas mas bajas de lamina; y el desage se realizaba mediante tornos de mano para subir laszacas, que eran bolsas de cuero capaces de transportar entre 100 y

120 Kgrs, se estableca as un sistema que divida el recorrido ascendentedel agua en tramos, de modo que cada 20 30 metros haba un equipoformado por dos o cuatro tiradores que movan el torno, un charquero queera el que llenaba la zaca en el fondo del pozo, y un amainador que la

vaciaba


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17. BOMBEO Y DESAGE EN MINAS SUBTERRNEAS

La capacidad de bombeo requerida en las minas subterrneas varaconsiderablemente.

En algunas minas, debe depurarse el agua usada y ser reciclada paraatender las necesidades operativas del resto de instalaciones y reducir loscostes. En otras, por el contrario, se han de bombear millones de litros deagua cada da de cada ao, es indudable que el tamao e infraestructurade mina va a ser un factor muy a tener en cuenta, y desde luego los grandes

avances que han ido apareciendo para esta actividad.El agua que tiene que ser extrada de las minas no es H2O pura, contienetanto:

Partculas slidas, entre las que se incluyen finos procedentes de laperforacin grandes partculas abrasivas y varios tipos de lodos quepueden resultar dainos para los equipos que se utilicen para suextraccin.

Productos qumicos, que se encuentran disueltos en el agua de mina,esto productos producen un agua altamente corrosiva que igualmente

pueden afectar gravemente a los equipos de bombeo.

El diseo de la red de bombeo o desage de una mina subterrnea, va aser muy variable con el transcurso del tiempo, ya que el diseo de unaexplotacin en origen va ser muy definido, pero con el paso del tiempo ycon la ampliacin del campo de explotacin, esta red tendr que variar yaque comenzar a variar tanto la longitud de las galeras como laprofundizacin, por lo tanto en cada planta habr un depsito general, y deeste en un momento dado ser desde donde se bombear al exterior, peropuede ser que con el paso del tiempo pueda dejarse de bombear al exterior

y pueda servir de depsito secundario para bombear a otro principal y sieste se sita a una cota inferior solo por una conduccin por gravedad paseel agua del uno al otro.

Podemos en cada caso atender a diferentes tipos de bombeo:

I. Desage principal

La recogida y extraccin de las aguas constituye la instalacin dedesage propiamente dicha, en trminos generales el agua se recogeen las galeras, en cunetas practicadas a piso en la base de uno de loshastales que conforman la galera, lo normal es que vayanhormigonadas y con una pendiente mnima de 1 por 1000, y dirigida esa


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pendiente hacia unas galeras colectoras que normalmente estnsituadas unos 4 metros por debajo del piso de la llamada sala debombas, incluso se puede recoger el bombeo de otras zonas de la minay se conduce esta agua a este nivel ms bajo de bombeo general.

Para determinar el volumen de estas galeras colectoras hay queconocer el sistema de funcionamiento del desage, y este va a dependerdel caudal de aporte y si las bombas van a funcionar con o sininterrupcin, en principio sera conveniente que las bombas trabajasen aun turno donde haya menor consumo de energa, por lo tanto el volumendelas galeras necesita una capacidad para recoger el caudal de aguade las restantes horas de desage parado.

II. Desage secundario o auxiliar

Este es que se utiliza para enviar el agua a las galeras colectorasprincipalmente, aunque en algunos casos segn al nivel que se realizalo hacen directamente al exterior, este es muy variable tanto en caudalcomo la ubicacin, por lo tanto las dimensiones de estos depsitos vana ser muy variables y no con tanto detalle en su construccin como losanteriormente descritos; e igualmente el tipo de bombas utilizadas sernmuy amplio dentro de las que existen en el mercado dependiendo de lacantidad de agua a desagar, su calidad, etc; adems si es convenienteque sean sumergibles, si tienen que estar alimentadas elctricamente o

por aire comprimido. Estos equipos pueden ser atendidos por algunapersona o incluso se pueden accionar de forma automtica mediante lacolocacin de un sistema de control de nivel.

A continuacin vamos a ver una serie de posibilades y soluciones quese puedan dar, o casos:

Bombeo por etapas con bombas pequeas, que normalmente sonsumergibles, y que se utilizan para mantener el agua fuera de losfrentes de trabajo y para el transporte a estaciones de bombeosecundarias o principales, siempre en el mismo nivel; ests norequieren ms que un pequeo sumidero para la captacin del aguay pueden ser alimentadas tanto con corriente elctrica como airecomprimido.

Bombeo entre niveles, se emplean bombas sumergibles para elbombeo entre uno a varios niveles, a la estacin de bombeo principalms cercana, puede darse el caso que segn a la profundidad queest situada se bombee directamente al exterior.

Drenaje de pozos y lugares de trabajo., por cuestiones de trabajo ymantenimiento, no se construyen estaciones de bombeo

complicadas tanto en los fondos de pozos y planos, como en otro


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tipo de labores, se constituyen unas estaciones de bombeo quepueden funcionar sin recibir atencin durante periodos de tiemposms largos que en el caso de instalaciones fcilmente accesibles. Lacapacidad de bombeo requerida vara segn las circunstancias,debido a que el lodo se acumula en el fondo sin drenaje natural, espor lo que se utilizan bombas especialmente construidas paratrabajar con este material


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18.Ejercicios:

1. En el proyecto de un la vernica se efectu canaletas trapezoidales dedimensiones como se muestra en la grfica(1) en ambas partes deltnel para afrontar la accin del agua sobre el tnel, para el sistemade impermeabilizacin se utilizan lminas de poli cloruro vinilo y a lavez dicho sistema acta como drenes permanentes a travs deagujeros de dimetros de 70mm ubicados a 5 m de altura cada 5m lasdimensiones del tunes son 12m por 8.5m adems las filtraciones que sedan por dicho agujero llegan hasta el 50% del su dimetro a unavelocidad promedio de 1cm/seg.

Longitud total del tnel es de 7.50 km y los agujeros estn desde laboca del tnel hasta 1/3del tnel


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Determinar el caudal despus de los 1/3 de la longitud total deltnel.

SOLUCIONCalculo del caudal de cada agujero

rea

= 4 /2 = 7.0

4 /2 = 19.24 = 1/

Qcaudal de agujero=

Qcaudal de agujero= 19.242 1 = 19.243/

Numero de agujeros por cada lado

=75003 5 = 500

Caudal total que va discurrir es.

= 19.243//500= 96203/TOTAL

= (96203 3 11000) 2= 19.240 /


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2. En la construccin tnel de Abancay Curahuasi de una longitud de 2,3Km, yuna seccin de 11mx7.5m, en el cual en el proceso de excavacin haydemasiadas filtraciones de aguas superficiales lo cual se desea bombear el

agua con motores atreves de tuberas de acero, desde una profundidad de100m. para ello se desea calcular la capacidad y la potencia de una bomba paradesaguar el tnel con los siguientes caractersticas:

Para la longitud de 100m con 12 horas/da de trabajo de la bomba 100GPMde caudal permanente, trabajando 24 horas/da 60% eficiencia del motor 371pies da carga esttica total, 3 pulgada dimetro de tubera 100m, constante defriccin para tubera 8 pie/Seg. Velocidad del flujo 1 densidad del liquido (sinunidad) 8.33 lb/gln. Peso especifico del fluido.

a) Calcular la capacidad y la potencia de dicha bomba.

b) Se desea bombear el agua desde 100m a superficie. El caudal aforado esde 350GPM; la bomba deber trabajar solo 10 horas/da, por razonesoperacionales. Hallar el caudal de bombeo.

c) El segundo tramo se bombeara agua con un caudal de 5lt/seg. y velocidadde 4 pie/seg; el dimetro de la tubera es de 2 pulg. Hallar la potenciarequerida, si la eficiencia es de 75%.

d) Hallar los caudales de transporte de agua para tubos de 2.5, 3 y 6 pulgadasde dimetro si las velocidades son 60, 30 y 15 pie/seg respectivamente enlos tramos (1,2, 3). De igual modo, hallar las potencias requeridas para susbombas, para un pique inclinado, de acuerdo al diseo. Considerar laeficiencia 80% en los tres casos.

e) Finalmente conforme se va avanzando la construccin a una profundidadde 250m se incrementa la filtracin el cual se decide desaguar cuyo caudalpermanente es de 1.60 metros cbicos por hora. La bomba a utilizar es deuna capacidad de 3 metros cbicos por hora y trabajara las 24 horas y los7 das de la semana. Calcular el tiempo de bombeo y el volumen total a

desaguar.


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Solucin.

a) Capacidad para 12 horas

Cap. = (100GPM* 60 min * 24 hora)/ (12 hora * 60 min *) = 200GPMPF = ((147.85* 200) / (100 * 32.63)) 1.852 = 178.68 piesPV = 1* 82/2* 32.2 = 0.99 pies

PT = 371 +178.68 +0.99 = 550.67 piesHP = 550.67 * 200 * 8.33/33.000*0.6 = 46.33 HP

La capacidad real de la bomba ser de 200 GPM. La potencia de 46.33HP

b) Q para 24 horas

Cap. = 350GPM X 60min/hora X 24 hora / da = 504,000 gal/daQ para 10 horas = 504,000 gal/da (10hora/da X 60 min/hora) = 840GPM.

c) Carga esttica de succin (ces) = 9 pies

Carga esttica de descarga (ced) = 230 * sen54 = 186.10 piesCarga esttica total (cet) = 9+ 186.10 = 195.10 pies

PV = 1 x 42/2 x 32.2 = 0.25 pies

Q= 5lt/seg. X 60 seg/min)/(3.785lt/gln) = 79.26GPMPF = ((147.85 X 79.26)/ (100 x 2. .= 231.91 piesPT = 195.10 + 0.25 + 231.91 = 427.26 piesHP = (427.26 X 79.26 X 8.33) / (33.000 X 0.75) = 11.40 HP

d) hallando los caudales transportados por las tuberas de 2.5", 3" y 6"Q= A x V

Donde:Q = caudal o gasto; pie/ min (CFM)A = rea de la seccin; pie

V = Velocidad del flujo; pie/min

Para tubera de 2.5 de dimetro

Q = (x 1.252pulg2/143.04 pulg/pie) x 60 pie/segx60seg/minQ = 123.54 pie/minQ = 123.54 pie/min x 7.48 gln/ pie= 924.09GPM

"Ces" = 9 piesCed = 300 pie x sen 60 = 260 piesCet = 9 pies + 260 pies = 269 pies


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PV = W x V/2g = 1 x 602/2 x 32.2 = 55.90 piesPF = ((147.85 X Q) / (C x ..PF = ((147.85 X 147.86) / (100 X

1.)

.=21,531.41

PT = 269+ 55.90 +21,531.42 =21856.32 piesHP = PT * Q * W/33,000* eHP = (21,856.32 x 147. 86 x 8.33)/ (33,000 x0.80) =1,020 HP

Para tubera de 3 de dimetro

Q = x 1.52x 30 x 60/143.04 = 88.95 pie/minQ =88.95 x 7.48 = 665.35 GPMCet = 269 piesPV =1 x 302/2 x 32.2 =13.98 pies

= 147.85665.35/1003..= 1655.22 = 269 + 13.98 + 1655.22 = 1938.20 =1938.20665.358.33330000.80 = 407

Para tubera de "de dimetro = 315 60 7.48143.04 = 332.67

= 269

= 1 15232.2= 3.50 = 147.851330.701 0 0 6.. = 204.23 = 269+3.50+204.23 = 476.73 =476.731330.708.33330000.80 = 200

e) Volumen de agua acumulado

.= 1.5250 = 1767.15Como el volumen de la bomba es de 3/y el caudal de filtracines de 1.6/, quiere decir que tericamente la bomba desaguara:3/-1.6/= 1.40/, de agua acumulada.

0.16/del agua de filtracin.Luego el tiempo que demorara en desaguar el tnel ser de:


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1767.15//1.40/= 1262.23 horas del agua acumulada y defiltracin.

302.94 horas/24horas/da=12.62 das el volumen total en desaguar enese tiempo ser de:

Acumulado: 1767.15Filtracin 1.60/*1262.23hora = 2019.59TOTAL DE AGUA = 3786.74.

3. En el tnel karkatera, a medida que se va profundizando la construccin deltnel a una profundidad de 300m se tiene presencia de agua subterrnea locual por cuestiones de seguridad se decide evacuar el agua con una bomba depistn para evitar la inundacin del tnel que es lo inadecuado para el trabajo.a) Calcular el caudal, si la bomba es de es de doble accin dplex, dimetro

del cilindro 6pulgadas, longitud de carrera 12 pulgadas, reduccin porfugas 0.96ciclo por minuto o rpm 90.

b) Si la carga total es de 160 pies el caudal es de 508GPM, la eficiencia de labomba es de 60% y el peso del agua es de 8.34lb/gln, hallar la potenciamnima que se requerir para operar la bomba.

c) Una bomba de desage debe llevar 2.2/min de agua del tnel , de peso1040km/m3, a una altura de 65m. la eficiencia de la bomba es de 74%.Hallar la potencia de la bomba.

d) Una bomba dplex de doble accin de 5pulg de dimetro y 10 pul de

longitud del cilindro, est impulsado por un cigeal que da 120 rpm, si lasfugas de agua son de 15%, cuantos galones por minuto debe entregar labomba? Si el peso del agua es de 8.34lb/gln, la carga total es de es de120pies y la eficiencia de la bomba es de 60%, cul ser la potenciamnima requerida.

Solucin

a) = L F/231 = 4 90 3 12 0.96231= 508

b) = = 8.34*508*160 = 677875pie-lb/glnHP = PT*Q*W/(3300*e) = 677875/(33000*0.6) = 34.24hp

c) = . . = 581


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= 1040/ . /. = 8.68/h = 65m*3.28pie/m = 213 pies.

HP = 8.68*581*213/(33000*0.74) = 44Hp

d) = 4 120 2. 5 10 .= 346.8 = 33000 = 8.34346.8 120330000.60 = 17.53

4. En la mina el teniente se ha inundado uno de los piques de 100m deprofundidad y se desea sacar el agua mediante una bomba con lassiguientes caractersticas. 12 horas por da de trabajo de la bomba de100 GPM de caudal permanente, trabajando 24 horas por da, 60% deeficiencia del motor, 371 pies de carga esttica total, 3 pulgadas dedimetro de la tubera, 100 constante de friccin para tubera, 8pies /segde velocidad del flujo, densidad del lquido 1, 8.33 lb/gln de pesoespecfico del fluido.

a) Calcular la potencia y la capacidad de la bomba.b) Calcular el caudal del bombeo si se desea bombear el agua desde

el nivel 3920 a superficie, el caudal aforada es 350GPM, y la bomba

trabaja solo 10 horas por da por razones operacionales.c) Calcular la potencia requerida de la bomba en el pique teniente 415que bombeara agua con un caudal de 5Lt/seg, 4pies/seg develocidad, dimetro de la tubera es de 2 pulgadas, si la eficienciaes de 75%.

Solucin:

a) Capacidad para 12 horas=(100 GPM*60min*24hr )/12hr*6omin

Capacidad para 12 horas =200GPM

Pf=((147.85*200)/(100*32.63))1.852=178.68 pies

Pv=1*(8)2/2*32.2=0.99 pies

Pt=371+ 178.68+0.99=550.67 pies


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Hp=550.67*200*8.33/33000*0.6=46.33 Hp

b) Q para 24 hr=350 GPM*60 min /hr*24 hr/dia=504000 gal/dia

Q para 10 hr= (504000 gal/dia)/ (10 hr/dia*60min/hr)=840 GPM

c) Carga esttica de succin(ces)= 9piesCarga esttica de descarga (ced)=230*sen54=186.1 pies

Carga esttica total (set)= 9+186.10=195.1 pies

PV=1*(4)2/2*32.2 = 0.25 pies

= .t = 79.26 Pf= (..

. )1.852=231.91 pies

Pt=195.10 + 0.25+231.91= 427.26 pies

Hp=(427.26*79.26*8.33)/(33000*0.75)=11.40 Hp


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5. En la compaa minera Anama se tiene una bomba de agua queproporciona un caudal de 1200 metros cbicos por hora, tiene una

tubera de aspiracin de 400 mm y una de impulsin de 375 mm, elvacuometro conectado en la tubera de aspiracin situado 80 mm

por debajo del eje de la mquina que marca una depresin de 2

metros de la columna de agua y el manmetro situado 800 mm por

encima del eje de la bomba marca una sobrepresin de 12 m de

columna de agua.

a) Calcular la altura til que da la bomba

Solucin:

a) = + + + Q=

= 0.3333/(Ca2/2g

Vs=

.= 3.018/ ; = 0.4643

Ve=

.= 2.6526 / ; = 0.3586


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19.CONCLUCIONES El agua se presenta en toda excavacin subterrnea como

producto de los depsitos y acuferos subterrneos que se

encuentran en el proceso de excavacin del tnel as como

tambin en pocas de lluvia.

Se ejecutan trabajos de impermeabilizacin para evitar lainfiltracin de3 aguas subterrneas en el techo de los tu8neles

as como en las paredes laterales del tnel.

Es posible aplicar aplicar diferentes tcnicas de evacuacin deaguas que no perjudiquen las operaciones de desarrollo y

explotacin de un tnel. Ya sea un tnel en minera (galera) o

para obras civiles.

Cuya tcnica ms utilizada en la evacuacin de aguassubterrneas es el de canaletas o canales ubicadas en las partes

laterales del tnel.

El drenaje es un aspecto importante, tanto en la etapa de

construccin de un tnel como durante su posteriorexplotacin.


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20.BIBLIOGRAFIA

1. AENOR. UNE 104424. Sistemas de impermeabilizacin de tneles ygaleras con lminas termoplsticas prefabricadas de PVC-P. Madrid,2000.

2. Bayn, E. Drenaje de tneles. Revista Carreteras. N extraordinario2004.

3. CETU. Dossier pilote des tunnels. Genie civil. 1998.

4. Craig, R. Hallandsas ready to resume construction. World Tunnelling.Febrero 2001.

5. Davis, S.N. y De Wiest, R. Hidrogeologa. Ariel. Barcelona, 1971.

6. Franzn, T.; Celestino T.B. Lining of tunnels under groundwaterpressure. Proc. World TunnelCongress 2002, ITA,

7. Sidney.Garca-Arango, I.; Hacar Rodrguez, F. Tneles en los tramosLieres-Villaviciosa y Caravia-Llovio de la autova del Cantbrico enAsturias. Revista O.P., n 42. Colegio I.C.C.P., 1998.

8. GEOCONSULT. Manual de tneles interurbanos de carretera.Gobierno Vasco, 1996.

9. Grv, E. Introduction to water control in norwegian tunnelling.Norwegian Tunnelling Society.

Publication n 12 (2002).

avance 22222222222222222222222222finallllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll.pdf

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