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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)
February 24, 20204
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
February 24, 20205
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
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..
15
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)
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
February 24, 202020
Ensayos de calidad en campo (aire a presión):• 2bar por 20min• Perdida de presión objetivo <10%
APLICACION DE LA MEMBRANAENSAYO EN LA SOLDADURA
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
February 24, 202024
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
February 24, 202026
Tuneles falsos
Estructuras en cimentaciones
○ ○○ ○
○
➢ Portales➢ Construccion abierta➢ Galerias➢ Estaciones
➢Sotanos➢ Estaciones
February 24, 202030
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
February 24, 202031
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
32 February 24, 2020
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
February 24, 202033
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
February 24, 202034
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
Membrana cementicia modificada con polímero con alta elasticidad y elongaciónAplicada con equipo similar al de lanzado
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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