Experiencia internacional en estudios hidrogeológicos para túneles
Medellín, 8 febrero 2013
CASOS REALES DE ESTUDIO
HIDROGEOLOGICOS APLICADOS A LOS
TUNELES
Giovanni Ricci, M.Sc.
Hidrogeólogo
Casos reales de estudio hidrogeológicos aplicados
a los túneles. Giovanni Ricci M.Sc., hidrogeólogo
Experiencia internacional en estudios hidrogeológicos para túneles
Medellín, 8 febrero 2013
Como parte de los proyectos de desarrollo más importantes de la red
europea de ferrocarriles (TEN-T Trans-European Networks - Transport) el
Grupo GEODATA está presente en el diseño y seguimiento de dos
importantes túneles de base:
- Proyecto Torino-Lione
- Proyecto Brennero BBT
Tunnel deleuropeos
Brennero
Proyectos de corredores ferroviarios
corridoi Ferroviari Europei
StatoTorino-Lione
di costruzione
Tunnel progetto
En estos dos megaproyectos
Geodata a realizado:
 Los estudios geológicos
 Los estudios hidrogeológicos
 La evaluación del impacto sobre
los recursos hídricos
subterráneos y superficiales
 Los estudio de mitigación y
compensación de impactos
sobre los recursos hídricos
Casos reales de estudio hidrogeológicos aplicados
a los túneles. Giovanni Ricci M.Sc., hidrogeólogo
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Medellín, 8 febrero 2013
En América del Sur, el Grupo Geodata forma parte del Consorcio Bioceánico
Aconcagua encargado de la promoción del corredor férreo que conectará el
Océano Pacifico con el Océano Atlántico. Este corredor incluye un túnel de base
de 52 km de longitud.
Geodata participa en los estudios de ingeniería desde el inicio del Proyecto y entre
otros temas se ha encargado de los estudios geológicos e hidrogeológicos del
túnel de base.
Consorcio Bioceanico
Casos reales de estudio hidrogeológicos aplicados
a los túneles. Giovanni Ricci M.Sc., hidrogeólogo
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TUNEL DE BASE
Actualmente, en el campo de la ingeniería de obras subterráneas, constituye uno de los
proyectos más complejo y difíciles de ejecutar. El túnel de base sirve para cruzar grandes
cadenas montañosas (como los Alpes o la cordillera de los Andes en inmediaciones del cerro
Aconcagua).
Características de diseño:
- Longitud mayor de 40 km
- Coberturas entre 1000 – 2000 m
Características geológicas e hidrogeológicas:
- Investigaciones geológicas complejas y costosas
- Marco hidrogeológico difícil de evaluar en profundidad (dificultad ligada a coberturas
elevadas), se hace necesario abordar el problema con un enfoque de análisis de riesgos.
Características ligadas a la interferencia entre el proyecto y la hidrogeología:
- Complejidad en la cuantificación de los impactos en el túnel y en superficie
- Necesidad de tomar decisiones de diseño que entre sistemas de impermeabilización y/o
drenantes (o parcialmente drenante).
algunos ejemplos de la experiencia de GEODATA
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a los túneles. Giovanni Ricci M.Sc., hidrogeólogo
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Proyecto Ferroviario alta capacidad/alta velocidad Torino-Lione
Datos Principales – Tunel De Base
Longitud: 52km
Cobertura: >2500m
Geología: rocas carbonaticas, dolomíticas, areniscas, esquistos Qzmicaceos, cuarcita, gneis
y depósitos cuaternarios
Hidrogeología: acuífero por fracturación, altas cargas hidráulicas en zonas de falla, el agua
presenta elevadas temperaturas y alta mineralización
Critico: posibles flujos elevados en los túneles, altas temperaturas, presencia de manantiales
de uso público y privado.
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Proyecto Ferroviario alta capacidad/alta velocidad Torino-Lione
Estudios hidrogeológicos: (periodo 2002-2004)
Pruebas de permeabilidad en los sondeos
Registro de temperatura y conductividad en los sondeos profundos (hasta 350 m)
Inventario y monitoreo de manantiales y aguas superficiales (caudal, Cond, Temp, pH)
Análisis químico del agua en los sondeos y en los manantiales
S4 1997a
2000
S4 1997b
SDE
S4 1998
1800
S4 1999
S23 1997
SDE
1600
S23 1999
F16a
F16
F16 b
1400
F16c
F16d
F16e
1200
C ote N G F
•
•
•
•
F16f
S4
F30a
F30b
1000
F30C
F30d
S23
800
F30e
F30f
F16
F30g
600
F 3 0 b is 1
SDE
F 3 0 b is 2
S4
400
F 3 0 b is 3
F 3 0 b is 4
F 3 0 b is 5
200
F 3 0 b is 6
E ta c h e a
E ta c h e b
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
E ta c h e c
E ta c h e d
T e m p é ra tu re (°C )
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Proyecto Ferroviario alta capacidad/alta velocidad Torino-Lione
Estudios hidrogeológicos: (periodo 2002-2004)
•
•
•
Pruebas de caudal en las aguas superficiales
Análisis del balance hidrogeológico
Modelación numérica aplicada en contextos específicos (p.e. Acceso Modane)
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Proyecto Ferroviario alta capacidad/alta velocidad Torino-Lione
Diseño definitivo Túnel de Base (2010-2012)
-
Modelo hidrogeológico de referencia (complejos hidrogeológicos,
permeabilidad, balance hidrogeológico)
Cuantificación de la interferencia sobre los manantiales (metodología DHI)
clases
de
Risque de tarissement pour la Descenderie de St Martin de la Porte
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Proyecto Ferroviario alta capacidad/alta velocidad Torino-Lione
Diseño definitivo del Túnel de Base(2010-2012)
-
Perfil hidrogeológico con la previsión de las condiciones hidráulicas en el túnel
Túnel está dividido en dos sectores en relación con la carga hidráulica:
 sector >10 bar y agua temperatura elevada / sector <10 bar
PERMEABILITA’ DELLA ROCCIA
TEMPERATURA DELL’ACQUA
22
25
30
35 40
45
45
40 35 30 25
Possibile valorizzazione delle acque
In territorio francese : 15 km
6 km
(43%)
Pressione d’acqua elevata, temperatura elevata
20
15
15
15
Tratto impermeabilizzato
6 km
2 km
(57%)
Pressione d’acqua < 10 bar
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Proyecto Ferroviario alta capacidad/alta velocidad Torino-Lione
Diseño definitivo del Túnel de Base(2010-2012)
-
Diseño de revestimiento con contramedidas de mitigación y compensación de los impactos
Sector >10 bar está parcialmente drenante y permite recolectar y valorizar las aguas
Sector <10 bar tiene impermeabilización total full-round
Sistema di impermeabilización
Impermeabilización en la bóveda
con colectores separados
Impermeabilización total
(full-round e inyecciones puntuales
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Proyecto Ferroviario BBT - Túnel de Base de Brennero
DATOS PRINCIPALES - TÚNEL DE BASE
Longitud: 55km
Cobertura: >2500m
Geología: Filitas, metabasitas, esquistos carbonáticos, cuarcitas, gneiss, granitos y depósitos
cuaternarios.
Hidrogeología: Acuífero por fracturación, elevada carga hidráulica en las zonas de fallas,
agua con temperatura elevada y alta mineralización.
Aspectos críticos: Grandes flujos dentro del túnel, temperaturas elevadas y alta
mineralización, presencia de manantiales de uso privado y público, presencia de plantas
termales.
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Proyecto Ferroviario BBT - Túnel de Base de Brennero
Estudios hidrogeológicos (2006-2009):
-
Pruebas de permeabilidad en los sondeos
Análisis químico del agua de los manantiales
K≈10-7m/s
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Proyecto Ferroviario BBT - Túnel de Base de Brennero
Estudios hidrogeológicos (2006-2009):
-
Inventario y monitoreo de manantiales y aguas superficiales (Caudal, Cond. Temp. pH)
Análisis de balance hídrico e hidrogeológico
Recharge Zone
(Landslide area)
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Proyecto Ferroviario BBT - Túnel de Base de Brennero
Estudios hidrogeológicos (2006-2009):
-
Análisis de riesgos de interferencia con los
manantiales (metodo DHI)
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Proyecto Ferroviario BBT - Túnel de Base de Brennero
Diseño definitivo del túnel de base
-
Modelo hidrogeológico de referencia (complejos hidrogeológicos, clases de permeabilidad,
balance hidrogeológico)
Perfil Hidrogeológico con cuantificación del caudal y de la carga hidraulica dentro del túnel
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Estudios de Factibilidad del Corredor Bioceánico
DATOS PRINCIPALES - TUNEL DE BASE
Longitud: 52.5 km
Cobertura: >2500m
Geología: basamento granitoide y coberturas volcánicas permo-triásicas; una sucesión de
intercalaciones de depósitos continentales y sedimentos marinos costeros y una sucesión
vulcano-sedimentaria.
Una sucesión volcánica y sedimentaria continental de cuerpos
intrusivos y depósitos sinorogénicos.
Hidrogeología: acuíferos por fracturación, elevado gradiente hidráulico en las zonas de fallas,
agua alta temperaturas y mineralizaciones, agua termales.
Aspectos críticos: se esperan grandes flujos de agua en el túnel, altas temperaturas y
mineralizaciones, presencia de manantiales de uso privado y público, áreas termales (Puente
de Inca)
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Estudios de Factibilidad del Corredor Bioceánico
Estudios hidrogeológicos (2009-2011):
-
Análisis de las cuencas hidrográficas y de la hidrografía superficial.
Inventario y monitoreo de manantiales y aguas superficiales (Caudal, Cond. Temp. pH)
Estudio de balance hidrogeológico
Manantial Termal Puente de Inca
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Estudios de Factibilidad del Corredor Bioceánico
Estudios hidrogeológicos (2009-2011):
-
Análisis químico del agua en los sondeos y manantiales (incluidos isótopos O18-deut 2H)
Diferenciación de las facies químicas de los manantiales
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Estudios de Factibilidad del Corredor Bioceánico
Diseño del Túnel de Base
-
Modelo hidrogeológico de referencia (complejos hidrogeológicos , clases de permeabilidad,
balance hidrogeológico)
Valoración del riesgo de interferencia de los manantiales (metodología DHI)
Puente de l’Inca
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Estudios de Factibilidad del Corredor Bioceánico
Diseño del Túnel de Base
Acceso tunnel Chile
2130m DH=310m
Acceso tunnel Argentina
2610m DH=500m
3
Stima Q[m /s] per i bacini idrologici
2
3
I [mm] AREA (Km )
Q [m /anno]
Caudal transitorio
3
Q [m /s]
Chile 1536 m EST
CRISTOPortal
REDENTOR
167
215
35855140
1,1
CRISTO REDENTOR OVEST
248
634
157133556
5,0
PUENTE DE L'INCA-1
7
344
2337753
0,07
PUENTE DE L'INCA-2
16
103
1633256
0,05
Portal Argentina
1536 m
Caudal estabilizado (m3/s)
-
Cuantificación del caudal dentro del túnel. Caudales estabilizados (curva roja), caudales
transitorios (histograma), caudales máximos
Cálculo del caudal efectivo de acuerdo con la infiltración real
Caudal transitorio (m3/s)
-
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RESUMEN
Estudios hidrogeológicos para excavación de túneles:
 Se basan en el modelo geológico del cual deriva su grado de confiabilidad (muy importante)
 Están en función de las etapas de diseño (pre-factibilidad, factibilidad, diseño definitivo)
 Las investigaciones en el terreno se dividen en:
o Estudios de las fuentes hídricas superficiales presentes en la zona de influencia, con el
objeto de valorar antes del inicio de la construcción el estado de los recursos hídricos.
 Caracterización físico-química de los manantiales, aguas superficiales, áreas de
interés hidrogeológico particular (zonas termales)
 Análisis del uso de los recursos hídricos (agrícola, privado, acueductos, etc..)
o Estudios de las características hidrogeológicas profundas
 Parámetros hidrodinámicos de los terrenos y de la roca del proyecto (pruebas de
permeabilidad), con el objeto de determinar los valores en función del estado del
macizo rocoso (masivo, poco fracturado hasta muy fracturado)
 Valoración de la carga hidráulica y su variabilidad (monitoreo piezométrico)
Casos reales de estudio hidrogeológicos aplicados
a los túneles. Giovanni Ricci M.Sc., hidrogeólogo
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Medellín, 8 febrero 2013
RESUMEN
Resultados de los estudios
 Obtener un conocimiento detallado de los puntos de agua presentes en la zona de
influencia del proyecto en términos de calidad y cantidad antes de la construcción del túnel.
o Para proveer indicaciones útiles acerca del cuadro hidrogeológico del proyecto
o Como evidencia ante eventuales reclamaciones
 Definir el modelo hidrogeológico de referencia del túnel para proveer al proyectista
o Caudales esperados en fase de excavación y estabilizados a largo plazo
o Tipos de agua esperada (caliente, agresiva, etc.)
o Cuantificación de la carga hidráulica para diseñar las características del revestimiento
 En función de estos factores y de las características constructivas del túnel se valora la
probabilidad de interferencia entre el túnel y las fuentes hídricas superficiales.
 Un análisis de riesgos (valoración de los potenciales impactos sobre los recursos hídricos y
su probabilidad de ocurrencia) determina la elección de diseño a adoptar que puede actuar en
sobre dos frentes:
o En superficie con obras de compensación o sustitución de recursos afectados
o En el túnel con introducción de alternativas de diseño (si es posible) tendientes a mitigar
o anular la probabilidad de interferencia con la superficie (p.e. revestimiento impermeable
full round, inyecciones de impermeabilización, recolección y valorización de las fuentes
drenadas)
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