Sistemas y materiales de impermeabilización para túneles

Ing. Lina María Gaviria V.Ing. Civil

Sika Colombia SASColombia

Tabla de contenido

1. Introducción

2. Sistemas de impermeabilización▪ Membranas

▪ Membranas lanzadas

IntroducciónMétodos de excavación

1. Excavación Convencional• Concepto White Box /Concreto

Impermeable• Membranas sueltas (Concepto Sombrilla )• Sistemas de impermeabilización lanzados

2. Excavación mecánica- tuneleadora (TBM)• Concepto White Box/ concreto

impermeable• Membranas (Sistema sumergido)

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El Sistema de impermeabilización tiene el objetivo de proteger el tunel de los daños que puedanresultar de la humedad o ingreso del agua, asi como los daños que puedn producer aguas o suelosagresivos y los efectos químicos durante la vida de servicio del mismo.

INTRODUCCIÓN

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CICLO DE VIDA… O LA TRAMPA DE UNA INVERSIÓN BAJA VS EL RIESGO….

Inversión del Sistema de impermeabilización Vs.

Inversión total del proyecto

1-2 %

98 – 99 %

Ingreso del agua causa el 80% de los dañosresultando altos costos de mantenimiento y

reparación

80%

Un sistema de impermeabilización confiable reduce sustancialmente los costos totales del proyecto durante toda la vida útil de una estructura de concreto.na estructura de concreto

Agua de percolaciónEvacuación del agua de la montaña

Presión de aguaDesplazamiento del agua de la montaña

► Libera el concreto de la presión de agua, evita la formación de bolsas►Reducción en espesor de concreto►Bajo costo en impermeabilización.►Permite condiciones extremas► Altos costos de mantenimiento► Requiere drenaje permanente (elemento clave)► Bajo riesgo de falla en la impermeabilización

► Se debe considerar la presión del agua►Alto costo en impermeabilización.► Bajo a nulo mantenimiento► No afecta la presión de agua después de la construcción►Amigable con el ambiente (nivel freático estable)► Alto nivel de impermeabilización► Sistema doble de impermeabilización► Reducción de asentamientos

Sello hermetico en el contorno

Aguas de presion

No se requiere drenaje (excepto un drenaje tremporal durante los trabajos)

Instalacion de la membrana en dos pasos

Impermeabilizaicón Parcial

Aguas de percolación

Se requiere sistema de drenaje lateral. En los extremos de las impermeabilziación.

Instalacion de la membrana en un paso

SISTEMAS DRENADOSIMPERMEABILIZACION TIPO SOMBRILLA

IMPERMEABILIZACIÓN PARCIAL (TIPO SOMBRILLA)

Requisitos de la flexibilidad de la membrana en contacto con el gunitado (lanzado)

Rugosidad del lanzado ≈ 1:5 ≈ 1:10 ≈ 1:15

Modulo de elasticidad de la sección E1-2 acc. ISO 527 de la membrana

≤ 20 N/mm2 ≤ 70 N/mm2

≤ 100 N/mm2

Rugosidad del lanzado (NEAT/ SIA 272)

Definición Requisito Medida (metodo)

Rugosidad

Profundidad Valor Max. 4-16 mm

Sandfill as per ZTV-SIB measured at Ø 250 mm

Planicidad

Ondas pequeñas (R 200 mm)

Rdio RKW(mm)BA: BT Ratio

Valor Min. BA at BT =1

= 10:1

Medida manual del sustrato en negativo

Ondas grandes (R 200 mm)

Radio RKW(mm)BA: BT Ratio

Valor Min. BA at BT=1

= 10:1

Medida del sustrato con perfilometro

PREPARACIÓN DE SUSTRATO

… La planicidad del lanzado, envejecimiento del material (doblez), proceso de soldadura, instalación del refuerzo … aire encapsulado…

× ✓.

¿AJUSTADO A LA SUPERFICIE?

DRENAJE PRIMARIO

Puntos de recolección de agua, ubicados donde los anclajes perforan el lanzado .• Sustrato seco para la instalación de la membrana

CAPA DE DRENAJE

Observación: Un geotextil delgado sirve como protección de membrana y no debe usarse como capa de drenaje. Dependiendo de la calidad / cantidad del agua subterránea -> alto riesgo de obstrucción. Vida útil de 100 años no garantizada..

¿QUE MEMBRANAS CONOCEMOS?

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Pruebas de laboratorio exigentes para membranas

✓ Cmportamiento Bi-(multi) axial/ resistencia a la explosion (ÖNORM EN 14151, Ø 1m: > 50%)✓ Penetracion / Resistencia al impacto (ÖNORM EN 12691, 500g: > 900 mm)✓ Resistencia Quimica (ÖNORM EN 1847)✓ Trabajabilidad/ Comportamiento a la termofusion (DVS 2225-5)✓ Evejecimiento (SIA-V 280-13, EN 14575, EN 1296)

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INSTALACION DE LA MEMBRANA

Capa de drenaje Instalación de Discos

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APLICACION DE LA MEMBRANAMONTAJE Y FIJACION A LOS DISCOS

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APLICACION DE LA MEMBRANATERMOFUSION

Temperatura del soldadura y velocidad se ajustan a las condiciones climaticas Del sitio (Es necesario hacer una prueba de soldadura antes)

Costura doble con equipo automático para soldar

APLICACION DE LA MEMBRANATERMOFUSION

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Ensayos de calidad en campo (aire a presión):• 2bar por 20min• Perdida de presión objetivo <10%

APLICACION DE LA MEMBRANAENSAYO EN LA SOLDADURA

SISTEMA SUMERGIDO - PRESURIZADO

RevestimientorocaCompartimineto - WaterbarControl / inyeccion

Membrana de impermeabilizacionCapa de proteccionConcreto lanzadoDrenaje temporal

SISTEMA PRESURIZADO

concrete lining rock compartment with Sika waterbarcontrol- / injection pipesSikaplan® WP / WT sheet membrane cushion layer shotcrete / gap filler

SISTEMA PRESURIZADO

Revestimiento RocaCompartimientos con Cintas Puertos de control / inyecciónMembrana de impermeabilización

Capa protección Lanzado / relleno

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Control de infiltraciones encualquier en cualquiercompartimiento durante la vida deservicio

Compartimientos re-inyectablespara cerrar la membrana en caso deperforación.

IMPERMEABILIZACIÓN DURABLE Y SOLUCIONES DE PROTECCIÓN

TUNELES FALSOS (CUT & COVER)

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Tuneles falsos

Estructuras en cimentaciones

○ ○○ ○

○

➢ Portales➢ Construccion abierta➢ Galerias➢ Estaciones

➢Sotanos➢ Estaciones

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Inntal/ Austria

Suiza

Alemania

Austria

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Sao Paulo/ Brasil Brescia/ Italia

Uetliberg/ Suiza Birmensdorf/ Suiza

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Proyecto: Bazenheid/ Suiza

• Dueño: Kanton St. Gallen

• Constructor: ARGE Lazzarini/ Baresel/ Pitsch

• Aplicador: TSA Rupp & Partner AG

• Periodo de construccion: 2003-2004

Construcción:

Tunel falso (invertido + arco), 240m, conmembrane de 3mm (PVC-P) de acuerdo conSIA-V-280 (Norma Suiza). Invertido:segmetacion con waterstops. Arco y muros:segmentacion con Cintas complementarias.

• Membrana PVC – 3mm

• Waterbars

• Cintas

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Proyecto: Bad Ems/ Alemania

• Dueño: Rheinland-Pfalz• Constructor: Walter Bau AG (Strabag)• Diseñador: Bung GmbH• Aplicador: ThyssenKrupp Xervon GmbH• Periodo de construccion: 2000-2005

Construcción:Túnel vial de 1.600 m, agua termal por encimade 55°C con limo corrosivo y acido carbónico,sistema subterráneo, membrana suelta de FPO.

• 36.500 m2 de membrana de 3mm • Geotextil, 500 g/m2• Capa de protección• Waterstop

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Project: Bypass Lungern/ Suiza

• Dueño: Kanton Obwalden, Road department• Constructor: Implenia Bau AG, Gasser,

Felstechnik AG, Bürgi AG• Aplicador: Sika Bau AG• Periodo de construcción: 2006-2011

Construcción:Túnel principal: NATM, concepto drenaje, concreto desoporte, drenaje en toda la superficie, Sistema sombrillacon membrane de PVC de 2mm, concreto vaciado ensitio.

• Membrana de PVC 2mm• Sistema de dreanje completo

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Proyecto: Aeropuerto Brisbane Airport y Busway

• Dueño: Queensland Government, BrisConnections•Diseñador: Parsons Brinckerhoff Arup Joint Venture on

behalf of Thiess John Holland• Constructor: Thiess John Holland• Aplicador: Thiess John Holland• Periodo de construccion: 2007 -2011

Construcción:Túnel principal: NATM, Concepto drenado ysumergido.

• Membrana de PVC 2mm (sombrilla)•Membrana de PVC 3mm (sumergido)• Geotextil,•Waterbars• Acvesorios

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Proyecto: Linea 7, 2nd Avenue, New York

▪ Dueño: Ciudad de Nueva York

▪ Cliente: New York Metropolitan TransitAuthority

▪ Aplicador: WISKO América

▪ Diseñador: DMJM/Harris and Arup

▪ Constructor: S III, a joint venture of

Schiavone, Skanska USA Civil and JF Shea

▪ Periodo de construcción: 2007 – 2020 (est.)

Construccion:

NATM, membrane de impermeabilizacion , conceptodrenado.

▪ Membrana de PVC 2 y 2,5 mm▪ Waterstops▪ Accesorios

IMPERMEABILIZACIÓN CON MEMBRANAS LIQUIDAS PROYECTADAS

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IMPERMEABILIZACIÓN CON MEMBRANAS LIQUIDAS PROYECTADAS

Membrana cementicia modificada con polímero con alta elasticidad y elongaciónAplicada con equipo similar al de lanzado

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APLICACIÓN

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► No es posible la migración de agua

► Aumento de presión de agua, fallas por presión negativa

► migración de agua es posible

Adherida al sustrato

A B

Aplicación suelta

BA

MEMBRANAS PREFORMADAS VS. MEMBRANAS LANZADAS

FALLAS TÍPICAS EN MEMBRANAS PROYECTADAS

Aumento de la presión de agua detrás de la

membrana debido a la falta de drenaje

Orificios en la membrana debido a imperfecciones del sustrato

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Build-up of water pressure behind the membrane due to lack of drainage layer Filtraciones en las fisuras

No adherencia /superficie humeda

FALLAS TÍPICAS EN MEMBRANAS PROYECTADAS

Proyecto: Metro Buenos Aires, Linea B • Dueño: Buenos Aires Subway Authority (SBASE)• Constructor: Roggio• Aplicador: Apliancor S.A• Periodo de aplicacion: 2005-2010

Construccion:NATM, Nivel freation 10–15m, concepto no drenadoconcept(arco y muros: membrana proyectada, Solera: concretoimpermeableRequisito especial del sustrato: Humedad maxima 4%

• 20.000 m2 con membrane proyectada de 3mm• 6.000 m2 membrane proyectada (modificda) , 3mm

•Problemas:Condiciones del sustrato, polvo , humedad,Proceso de curdo de la membrane, ampollas (pinholes),

adherencia al sustrato

SISTEMAS DE MEMBRANAS PREFABRICADAS (PVC /TPO)Ventajas

▪ Durabilidad: membranas con aplicaciones reales con mas de 100 años

▪ Espesor constante de min 2mm

▪ Impermeabilidad ensayada con la doble soldadura

▪ Sistema de drenaje con alta capacidad

▪ Posibilidad de integrar sistemas de inyección

▪ Calidad de la membrana independiente al sustrato

Desventajas

▪ Equipo de instalación especializado

▪ Mano de obra especializada

MEMBRANAS PROYECTADASVentajas

▪ Fácil aplicación

▪ Sistema sin juntas o traslapos / adherido al sustrato

Desventajas

▪ NO ha sido ensayado para durabilidad de 100 años

▪ Sin drenaje

▪ No hay posibilidad de Sistema de respaldo (inyección)

▪ Control del espesor

▪ Calidad depende del sustrato

▪ NO es posible la aplicación en sustratos húmedos

Gracias por su atención