Simposio sobre el Agua y el Terreno en las Infraestructuras ViariasPonencia n! 3. 1

Efecto barrera de las obras lineales 30terradas

F. Muzs LabadDr. Ingeniero de Caminos. Pro! Mec6nica del Suelo, ETSAM.EYSER, Esllldios y Servicios, S. A.

RESUMEN: Se hace una breve eXpolllci6n de la problem'th~a que plantea la eonstrueel6n de obraslineales soterradas, como barrer.. que alteran o pueden aiterar el rgimen hldrogeol6gleo de lazona. Se enumeran y eomentan lO!! an'lIsls que eonvlene efectuar para estudiar la Importanela delproblema y lu perturbaelonea que puede provocar la obra, Finalmente, se Indh~an hu posiblesmedldu eorrectoras para dar continuidad al rgimen hldrogeol6glco o I'fllucir su perturbaeln.

1. INTRODUCCION

La ealllltrueel6n de olx'u llnealea aoterradas selleva a cabo, normalmente, pira mejorar lascomunicaelones en zonas urbanas, deprimiendoalgunos tramos, tanto de la red de ferroearrlleseomo de los viales urbanos,

En general, este tlpo de obras se traducen en laeJeeucl6n de tneles artlrlelaies, cuya exeava-el6n le efecta al abrigo de pantallas continuasconstruidas desde la superficie del terreno, pan-tallu que luero, para constituir el tunel seenlazan ean una losa superior y eventualmenteean una IOlera o una eantrab6veda, si debehace,.. frente a problem.. de subpresl6n. Elproeeso constructivo slpe, en esencia, U"" se-cuencla de fue.. slmll., a la que se refleja enel Figura l.

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Estas panteUas necesllan, por razones de esta-bllldad, una protllndldad superior a la de m'-xlma excavacin, pero ademilis, ean frecuencia,la excavacin debe lIevlrse por debeJo del nivelfr"tleo, lo que obllgl I que las plntaUas debanser milis profundas, no slo para hlcer frente alO!! mlyores empujes sino para evitar problemasde rLltracl6n por .1 fondo de ellcavacln oproblemas de inestabilldld del mismo. En laFigura 2 se indican, de minera esquemitica, losdos tipos de tlltrecl6n que hay que anal1azar, enel aupuesto de que 1.. pantlllu se empotren enuna capa Impermeable de no gran espesor. LarLltracin crltlCI puede ser contorneando labase de las pantallas, desde un acuifero supe-rior, o atravesando la capa Impermeable, desdeun acuUero mis profundo. Particular inters

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.r1

1- EXCAVACl'lN PREVIA- CONSTRlXION DE

PANTALLAS'

2 - CONSTRUCCION DE LALOSA SUPERIOR

3- VACIADO DEl TUNEL-CONSTRUCCION DE LA

CONTRABOVEOA

FIgura 1. Proeeso eonstructlvo de un tnel artlflcial al abrigo de pantallas eontfnuas

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Figura 2. Problemas dI! flltrael6n de agua

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N.'.

ARENA

2. Permeabilidad de clda una de el1uS. Posible comunlcacl6n entre capas4. SItuacl6n del nivelo de [os niveles piezom-

trleOl5. Evolucl6n en el tiempade dichos n[veles6. Exlstenc[a de pozos de captacin de agua,. Posible reeal'(a de [os leulferosDesgraeladamenle, el o:.ORO

confeecl6n del modelo, ,e deriva de la ruufi-ciencia de datos, tanto para la deflnlel6n delaculfero, en euanto a geometra y IIdopei6n deparimetros hldrogeol6cic~, como para el cali-brado del modelo.

HaeemM esla observaeln porque es relativa-mente frecuente que existan :tonas preferenela-les de paso del agua, 'reas mis permeables o aveees paleovaguadas. que ~ultan dlfleiles dedeteetar ean la habitual dlsposlel6n de sondeM.Por otra parte, I~ planen de lsopiezll!i tomadospara el calibrado del modelo, ,"elen estar eon-feeclonados con datos de fuentes diversas y condesconocimiento de si las leeturas de nivelespiezomtrlcos se encontraban en alguna zonalllflueneledos por fen6menM de bombeo o derecarge accidental.

Con todo, a pesar de las posibles Imperfeccio-nes del modelo, el a",lisls resulla til pareevaluar la Importancia que el efecto baneracreado por la nueva obra, puede tener sobre elrglmell de funcionamiento del aeulfero, de-biendo Ser el cerebro humano el que analice yenjuicie los resultados del ordenador.

4. POSIBLES MEDIDAS CORRECTORAS

Las medldllS que pueden adoptarse, en pt"inciplo,para dar continuidad al rglmell hidl'Oi'eolglco,o reducir su perturbaci6n, cabe agruparlas enlen tres tipos "rulentes:

l. Apertura de portillos en las pantallas2. Conductos de transferencia del agua elltre

los paramentos exteriores de IlIS' pantallas3. eaplacl61l del agua y transferellCla de un

lado a otro del tllel artlfielal. mediantebombeo o sifones y pozos de recarga

La primera alternativa (portillos) ofrece buenagarantla de funelonemlento autom'tlco perma-nente. imponlelldo mayores ....adiente. localespar. la elreulael6n dl!'l agua (normalml!'ntecompatible, eon la nlturlleza y condlelones delteneno) y unas elertas sobrel!'levaclones y de-presione' de los niveles piezomlitricos.

La efleaela de 1M parilllol puede estudiarse conel modelo trldlmen,lonal ante!ll elUdo. II es quese ha elaborado, pero en cualquier caso puedehacerse una estimaeln de la sobreelevacin enrglmell permenente. aeudll!'ndo a modelO' sen-cillos que tengan I!n cuenta nleamente la pa-sibil! zona de Illfluencla del portillo y la rela-

el6n de 'reas de eirt'ulacin del agua, ell bte yen el aeulfero. Bn la Figura 3 se rl!'presenta unahlpottlea distrlbuel6n de curvas plezomtrleasen la zona de influencia de un portillo. Aunqueno se reprl!sellta en la figura. es claro que lam"lma elevaein y la mxima depresin delagua se produee en los puntos Intermedios I!ntreportillos, aguas anlba yaguas lbajo, rupecll-vamente.

Una vez estudleda la efieaeia de los posiblesportlllos, comparlndo la perturbaci6n que pro-dueen con la que existlr!a sin ellos, el problemaque se plantea a continuacin es emo acome-ter, en "tos puntos, la tIcavaci6n y el hormi-ganado de la eOlltrab6veda, aplicando tellleaspara garantizar la estabilidad de las pantallas '1del fondo de excavacin. Este tema se comen-tar' ell el apartado slguiellte, pudiendo antici-par que la dlmellSln de los postlllos depender'de su eficacia y del coste de la soluelll.

La segunda alternaUva como medida correctora(conductos de . transferencia) se presentasiempre somo una solucin sugestiva dado quenormalmente son pequellos los caudalH circu-lantes y que los eonduetos podriall tener poca

se~l6n transversal. I!I problema qUe funda-mentalmente plantea este sistema es un proble-ma de transicin, desde la secelll del terreno,aUmutadora del eaudal, a la seeel6n del con-ducto, de manera que no hlya eroslll intema nicolmatacl6n de los COndllCtos. La soluci6n sloes posible si va aeompallada de ulla serle dedrenes horizontales que consl1Il la transicin,tanto a un lado eomo al otro de las pantallas, demanera ,lmUar a como se represellta en laFigura 4. Ademb plantea tambin problemas deeJeellCin al tener que perforar bajo agua, re-sultando una soluelll m eara y eomplleada delo que Inicialmente parece e Incluso de dudosofUllclonamlento.

La tereera alternativa correctora (eaptaelIl '1trallsfereneia) es viable medllllte una serie depoZOI uniformemente dispuestos aguu arriba, lo lal'(O de la barrera, eon objeto de captar loseaudales de manera Intermitente, en la medidaen que vaya ascendiendo el Illvel freiUeo, ylimitando las sobreelevaelones. Bsta solucl6nneeeslta Idem un ,Istema de tranderencla alotro lado del aeulfero, que puede hleersemediante bombas o Ilfones. '1 un sistema dedistribucin mediante potas de reclrga. con unadisposicin que puede ler limillr a la que lI4!reeoge ell la Figura 5. Cualldo no ulste interhen la recarga, por earecer de Importanela losdescensos del agua, el suflelente eon prever unIlstema de evaeuacl6n del afUa captada.

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PERFIL-

--

- -

-

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fltolJl;___ M6~l.---

~'"~ 1iICO~f\C- _-f'f'lW.CAPA IMPERMEABLE

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! ~d -- -:: ACUIFE"'-'" "

IFERO

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CAPA IMPERMEABU

PLANTA'---"~'----'

I I I- I

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PORTILLO

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FlfIlra 3. Red de eorrlente y niveles ple1:om~trlco' en el irea de Influencia de un portilloabierto en 1., pantallas

~., y-~-!kS>'" ____......eo..oucroFIura 4. Esquema de dl,po.ltlvo con conducto.de transferencia de afUa

FllJUra 5. Esquema de captacin y transferenciade agua con P01:01 y Ilfone.

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5. SOLUCIONES PARA CONSTRUIR LA CON-TRABOVEDA ,

En las ~onu de portlllos o cuando lu pantallasse dejan deliberadamente cortas para evitar oreducir el ef~to barrera, lOS ml!todos que, enprincIpio, pueden utlllzarse pan acometer laexcavacl6n y el hormironado de lacontrabveda son los sliUlentes:

1. Solera sumergida2. Rebajamiento del nivel fretlco3. Formacin de un tapn de fondo entre pan-

tallas4. Cierre provisional de los portillos5. Alternativas a la solucin de tnel con pan-

tallas

La solera sumel"(ida es una solucin clsica quenicamente puede plantear problemu de eJe-cucl6n y de calidad cuando se car~e de ellpe-rlencl. en la elIcavacln y el hormlronado bajoagua. En general no se COflStruye la contra-bveda normal del tunel, sino una losa plana demayor espesor, que luego resiste la JU~s6npor erecto art'O. Lu pantallas late~les deltunel deben comprobarse para lu condicionesde excavacin de esta solera Jume"lida, cuyoproceso constructivo puede observarse en laFll\lra 6.

El rebajamiento del nivel fretlco es tfllmbii!nuna SOlucIn cibIca, que, de ser viable, slorequiere una adecuada dlsp05lcl6n de pozos debombeo, con penetracl6n suriclente en elaculrero. Conviene seilalar, no obstante, que

f~cuentemente no es una solucin aplicable en

2PUNTAl

las obras de soterramiento, bien por la ellceslvapermeabllldad del aculfero, que puede obligar aevacuar caudales Importantes, o bien pof' laprolllmldad de edificaciones prximas. que po-dran verse afectadas por el rebajamiento.La creacl6n de un tapn de fondo por debajo dela mbima ellcavacin., puede conseiUlrsc apli-cando una da las tl!cnlcas si~ientes:

1. Inyecciones tradicionales2. Jet-groutlnr3. CongelacIn

Con eltos mtodos de tralamlento del terrenose pretende tral15rormarlo en un mllterial sufi-cientemente resistente e Impermellble plIrahacer frente a la subpresln, bien sell creal\doun tapn de peso surlclenle, o bien crrando unaestructura resistente teniendo en cuentll 111 apa-ricin de efectos arco. En este liltimo caso .1.1funcionamiento es similar al de la losa horml-ronada bajo agua, con la diferencia de que laspantalla. pueden' ser mis cortas, ya que eltrlltamlento se erecta antes de proceder a laellcavacln del terreno. En la Plgura 1 se repre-senta una comparacin de estos tres sistemasde creacin del tapn de fondo, Indicando, demanera aproximada, la situacin del tapnrespecto a la contrabveda y la profundidad quenecesitan las pantallas. Debe senalarse que asfcomo las Inyeceione. o el jet-groutinr consti-tuyen un tratamiento permanente del terreno,la conrelacln crf!ll un tapn provisIonal quedebe mantenerse congelado durante el procesode elIcavacln y hormigonado de lacontrabveda.

3

1- EKCAVACION PREVIA.- CONSTRUCION DE

PANTALLAS

2 - APUNTALAMIENTOEN CABEZA.

- EKCAVACION BAJOAGUA.

- HORMIGONADO DESOLERA.

3- AGOTAMIENTO- TERMINACION DE LOSA

Plrur. 8. Proceso constructivo de un tnel artificial con solera sumartlda

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2"_F.

..

,- SOLERA SUMERGIDA

~1~

...

2 - JET-GROUTlNGO CONGELACION

'.-3 - INYECCIONES

FIgura? Comparacin de '1.rios sistemas para crear un tapn de fondo

El cIerre provisional de los portlllos puedeefectuarse, en principio y de manera Icner.I,mediante los siguientes ,i,temas;

1. T,blestlcado2. PantaUas de bentonltacemento I damo!e\'3. Pantlllas con materIales degT'adables4. Congelacin del terreno

En l. Plgura 8, titulo de ejemplo, JI! represen-ta el elerre provisional de un portillo medianteparedes de suelo eongelado adoudas I las p.n-tallas. En ud. caso partleular convienetstudlar l. vlabllldad de 101 distintos mtodos yla resistencia frente las prulones o gradIen-tes hldriulleos I que vayan. quedar sometkludichas paredes. Esta utllma clrcunstanela tienepartlcular Inters, si el cierre provisional de lospoJ1l11os se plllntell utlllundo materl.les degra-dables eon el tiempo. CUando los cIerres requIe-ren la excavacin del terreno conviene pl'(Iyee-tarlos a cIerta distancia de IllS pantallu para nocorrer el rlesfO de descalurlu.

Pinalmente senll.llI.remos que, a 111 horll de estu-dIar lu soluciones de cada CIlIO partIcular,conviene no olvidar otroistemu de construIr

obru S\Iblerr6neu. como podrfan ser, 11 titulode ejemplo, IOf pozos Indio. o los eaJonesflotantes, como solucl6n alternaUva a lasolucl6n de tnel construido al abrlro depantallas continuas.

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Plfl/ra B. CIerre provisional de portillosmediante congelacl6n del terreno

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