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Slides karst-problematica

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  1. 1. El karst y los túneles Introducción a la problemática general Rafael Jiménez rafael.jimenez@upm.es Universidad Politécnica de Madrid Fallas y túneles – p.1/28
  2. 2. El karst y los túneles: Contenidos Motivación Caracterización geológica ¿Qué es el karst? Técnicas de reconocimiento Dificultades asociadas al karst Posibles actuaciones Fallas y túneles – p.2/28
  3. 3. ¿Qué es el karst? Producto de la disolución de la roca; Frecuente en calizas, dolomías, yeso/anhidrita Posible en mármol, cuarcita, sales Reacción química; e.g., para caliza: CaCO3 + H2O + CO2 ⇆ Ca++ + 2HCO− 3 Favorecida por Ta , H2O, ácido Dos zonas, según el N.F. Zona vadosa (sobre el N.F.) Zona freática (bajo el N.F.) Fallas y túneles – p.3/28
  4. 4. Particularidades de formaciones kársticas Altos coeficientes de infiltración Alta permeabilidad, incluso a gran prufundidad Posibilidad de acuíferos muy extensos Fallas y túneles – p.4/28
  5. 5. Procesos de formación del karst Goodman, 1989 Fallas y túneles – p.5/28
  6. 6. Formación de karst en yesos Formación del Karst de yesos de Sorbas (Almería) Fallas y túneles – p.6/28
  7. 7. Identificación de karst mediante observación superficial Dolinas y sumideros Zonas sin drenaje o con drenaje poco desarrollado Paisaje ondulado Fallas y túneles – p.7/28
  8. 8. Dolinas superficiales Cooper, 2011 Fallas y túneles – p.8/28
  9. 9. Karst en Yesos de Sorbas (Almería) Fallas y túneles – p.9/28
  10. 10. Dolina Sumidero Karst en Yesos de Sorbas (Almería) Fallas y túneles – p.10/28
  11. 11. Poljes y drenaje poco desarrollado Zafarraya, Granada Fallas y túneles – p.11/28
  12. 12. Fiabilidad de métodos para identificar el Karst terrain (in Thomas and Roth, 1999) Method Reliability associated with finding existing sinkholes Reliability associated with finding subsurface voids Borings/air track drilling/cone penetrometer NA (not applicable) Poor to very good Area reconnaissance Good to very good Poor Review of existing mapping Fair to good Poor to fair Review of aerial photographs Fair to very good Poor Resistivity survey NA Poor to fair Seismic refraction survey NA Poor Electromagnetic survey NA Poor to fair Ground penetrating radar NA Poor to fair Trenching NA Fair to good Microgravity survey NA Poor to fair Video televiewer NA Fair to good Borehole to borehole tests/ tomography NA Fair to very good Thomas y Roth, 1999 Fallas y túneles – p.12/28
  13. 13. Geofísica para identificar Karst Terrón Almenara, 2014 Fallas y túneles – p.13/28
  14. 14. Geofísica para identificar Karst Tomografía eléctrica Fallas y túneles – p.13/28
  15. 15. Túnel en un nivel no-kárstico (Marinos ,2006) Fallas y túneles – p.14/28
  16. 16. Túnel en un nivel kárstico (Marinos ,2006) Fallas y túneles – p.15/28
  17. 17. Enfoques de proyecto Marinos, 2001 Fallas y túneles – p.16/28
  18. 18. Riesgos principales Irrupción brusca de material (relleno kárstico) “Taponazo” brusco, o flujo excesivo de agua∗ Importancia de sondeos en avance Otras dificultades constructivas: Frente no-homogéneo Cruce de cavernas; fallos de apoyo Problemas con bulones y voladuras Lixiviación de material (v. túnel de El Regajal) Recristalización de sales (v. túnel de Lilla) Afecciones medioambientales Fallas y túneles – p.17/28
  19. 19. Posibilidad de lixiviación∗ Principalmente en rocas yesíferas (más solubles) Milanovic, 2000 Fallas y túneles – p.18/28
  20. 20. Entrada brusca de material Fallo en frente y chimenea asociada; túnel de Dodoni (Marinos, 2001) Fallas y túneles – p.19/28
  21. 21. Condiciones heterogéneas y colapsos del frente Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013) Fallas y túneles – p.20/28
  22. 22. Condiciones heterogéneas y colapsos del frente Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013) Fallas y túneles – p.20/28
  23. 23. Condiciones heterogéneas y colapsos del frente Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013) Fallas y túneles – p.20/28
  24. 24. Condiciones heterogéneas y colapsos del frente Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013) Fallas y túneles – p.20/28
  25. 25. Presencia de huecos Túnel de Gavarre (Alija et al., 2013) Fallas y túneles – p.21/28
  26. 26. Cavernas con desarrollo vertical Túnel de Jeresa (Intecsa-Inarsa; cortesía F. Román) Fallas y túneles – p.22/28
  27. 27. Cavernas con desarrollo vertical Túnel de Jeresa (Intecsa-Inarsa) Fallas y túneles – p.22/28
  28. 28. Algunas actuaciones frente al karst Sondear en avance! (crucial en túneles profundos y/o karst desarrollados) Túnel piloto; o avance y destroza Permite anticipar los posibles problemas Puede usarse el método Bernold o NMA Sostenimiento rígido (evitar apertura de juntas) Posibles dificultades de anclaje de bulones ⇒ comprobar Impermeabilizar; drenar Rellenar huecos Fallas y túneles – p.23/28
  29. 29. Construcción con método Bernold Túnel de Jeresa (Foto: M. Romana) Fallas y túneles – p.24/28
  30. 30. Construcción con método Bernold Túnel de Gavarres (Alija et al., 2013) Fallas y túneles – p.24/28
  31. 31. Resumen de tratamientos en túnel de Gavarres Case Type Description Pre-support treatment Improvement treatment 1 Site with good geotechnical characteristics Slightly karstified limestone massif. Small cavities b> Fill cavity with gunite. Use of Bernold sheets 2 Site with good regular geotechnical characteristics Massif with little karstification, with cavities of certain body (filled or not) Light bolt umbrella Fixing and filling the cavities with gunite or lean concrete. 3 Site with regular geotechnical characteristics Moderately karstified massif. Frequent large cavities. Frequent landslides. Micropile umbrellas of 90, 12 m long and spaced 40 cm from the axis and with an overlap of 3 m (phase 1) b> 4 Site with regular poor geotechnical characteristics Moderately karstified massif with located detachments and soils flows in favour of cavities between micropiles Micropile umbrellas of 90, 12 m long and spaced 25 cm from the axis and with an overlap of 3 m (phase 2) b> 5 Site with poor Very weathered Micropile Injection of grout Alija et al., 2013 Fallas y túneles – p.25/28
  32. 32. Resumen de tratamientos en túnel de Gavarres 5 Site with poor geotechnical characteristics Very weathered massif. Unstable ground and loosely cohesive with significant landslides. Micropile umbrellas of 90, 12 m long and spaced 25 cm from the axis and with an overlap of 3 m (phase 2) Injection of grout or mortar through the values of the micropiles of phase 2 (armed injection) 6 Site with very poor geotechnical characteristics Very karstified massif. Highly unstable and unsafe terrain. Ineffectiveness of the pre-support treatments. b> Injection of high cohesion products or soil improvement by replacement (jet grouting) 7 Empty cavities and Landslides Detection of areas with cavities, cavities generated by landslides or fallen debris produced by landslides b> Consolidation injections and filling cavities. Use of lean concrete, mortar, synthetic resins or grout. Alija et al., 2013 Fallas y túneles – p.25/28
  33. 33. Otras posibles soluciones para túneles en karst Marinos, 2001 Fallas y túneles – p.26/28
  34. 34. Otras posibles soluciones para túneles en karst Marinos, 2001 Fallas y túneles – p.26/28
  35. 35. Soluciones pilotadas Túnel de El Regajal: Se pilotaron unos 80 m de túnel en zona susceptible de lixiviación. Pilotes armados a tracción, con fibra de vidrio, por posible expansividad y agua selenitosa. Filas de 3 pilotes de φ = 1.20m separadas 2.50m entre ejes. Pilotes empotrados en halita sana; Lmed ≈ 17.5m. (González Aleñar, 2011) Fallas y túneles – p.27/28
  36. 36. Resumen de actuaciones principales (Basado en Marinos, 2006) Frente a huecos y cavernas Huecos vacíos: puentear; rellenar Huecos rellenos de material débil: Mejorar el relleno; Paraguas de micropilotes Sostenimiento del frente Frente al agua subterránea ⇒ iIdentificarla! Drenaje: Reducir la presión y caudal Impermeabilización: Principalmente inyecciones Otras técnicas (e.g., congelación) problemáticas con huecos abiertos Fallas y túneles – p.28/28

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