Métodos de Tratamiento y Refuerzo del Terreno en Obras de Túneles

Introducción a los Tratamientos del Terreno y Refuerzos

El tratamiento del terreno y el refuerzo (sostenimiento) en túneles son esenciales para garantizar la estabilidad de la excavación y la seguridad del personal, permitiendo que el macizo rocoso o suelo desarrolle su propia capacidad autoportante.

Clasificación de las Acciones

• Acciones preventivas: Realizadas antes o durante la excavación.
• Acciones correctivas: Enfocadas en el sostenimiento posterior.

Tratamientos del Terreno (Mejora y Consolidación)

Inyecciones de Lechada (Cimentación y Consolidación)

Consiste en bombear productos endurecibles, como cemento o resinas, a través de perforaciones para rellenar grietas, fisuras o vacíos.

• Objetivo: Impermeabilizar y consolidar el frente de trabajo.
• Aplicación: Sellar fisuras con presencia de agua y reducir asentamientos.

Paraguas de Pernos o Micropilotes (Pre-refuerzo)

Instalación de tubos o barras de acero en la periferia de la excavación por delante del frente.

• Objetivo: Crear una bóveda protectora que sostenga el terreno inestable antes de proceder con la excavación.

Congelación del Terreno

Se congela el agua presente en el terreno para otorgarle cohesión temporal y estanqueidad.

• Uso: Terrenos blandos y terrenos saturados de agua.

Refuerzos y Sostenimiento

Hormigón Proyectado (Shotcrete o Gunitado)

Aplicación de hormigón a alta velocidad sobre la superficie excavada.

• Uso: Sellar la roca, evitar la descompresión y proporcionar resistencia inmediata.

Pernos de Anclaje (Bulones)

Barras de acero fijadas en el macizo rocoso.

• Función: Coser discontinuidades, unir bloques inestables y crear un arco de soporte.

Cerchas Metálicas

Elementos estructurales de acero tipo TH o HEB.

• Uso: Terrenos muy alterados y para soportar cargas pesadas.

Túnel Liner (Planchas de acero)

Planchas de acero corrugado ensambladas manualmente.

• Uso: Terrenos blandos y túneles de pequeños diámetros.

Procedimiento y Secuencia Constructiva

1. Reconocimiento geológico: Identificar la litología, fallas y presencia de agua.
2. Excavación: Puede realizarse mediante perforación y voladura o rozadora.
3. Sostenimiento inmediato: Aplicación inmediata de shotcrete y pernos con el objetivo de aprovechar la capacidad autoportante de la roca.
4. Monitoreo: Medición constante de convergencias y deformaciones.
5. Revestimiento definitivo: Generalmente realizado con hormigón armado o hormigón en masa.

Tratamientos en Condiciones Especiales

• Terrenos expansivos o salinos: Se utiliza un sostenimiento flexible para permitir deformaciones controladas.
• Fallas geológicas: Aplicación de paraguas intensivo e inyecciones de consolidación.

Nota importante: La selección del método depende de la clasificación geomecánica, utilizando sistemas como RMR o Q-System.

Tratamiento del Frente

Consiste en estabilizar y asegurar la zona frontal para evitar colapsos, controlar deformaciones y manejar el agua subterránea.

Métodos más habituales

• Bulones o pernos de anclaje: Barras de acero o fibra de vidrio clavadas en el frente. Su función es coser fracturas y aumentar la cohesión.
• Hormigón proyectado: Aplicación inmediata tras la excavación para sellar el frente y evitar la caída de bloques.
• Paraguas de micropilotes: Tubos de acero colocados sobre la bóveda antes de excavar para crear una cubierta protectora.
• Inyecciones de consolidación: Inyección de cemento o resinas químicas para rellenar huecos, impermeabilizar y mejorar la resistencia.
• Excavación por fases secuenciales: División del frente en bóveda, destroza y hastiales. El método típico es el NATM (Nuevo Método Austriaco).

Estabilización de la Clave

La clave es la parte más alta de la bóveda del túnel. Es la zona estructural más crítica y su estabilidad depende del arco de descarga natural y un sostenimiento rápido.

Mecanismos de Inestabilidad

• Caída de bloques: Producida por la intersección de fracturas y fallas.
• Deformación plástica (Squeezing): Ocurre en rocas blandas y suelos cohesivos, provocando la convergencia de paredes y el hundimiento de la clave.
• Fluencia y expansión (Swelling): Causada por minerales expansivos como arcillas o anhidritas, resultando en un aumento de volumen y presión sobre el revestimiento.

Métodos de Estabilización y Control

• Técnicas: Bulones, shotcrete, cerchas metálicas y paraguas de micropilotes.
• Control y Monitoreo: Uso de extensómetros para medir desplazamientos, células de presión para cuantificar la carga sobre el revestimiento y topografía de precisión para detectar asentamientos.

Estabilización de la Solera

La solera es la base del túnel. Su objetivo es soportar cargas y evitar el cierre del túnel.

Técnicas principales

• Contrabóveda: Arco invertido de hormigón en la parte inferior que cierra el anillo estructural y contrarresta la presión ascendente. Destaca por su resistencia y estabilidad.
• Inyecciones de consolidación: Uso de cemento o resinas expansivas para aumentar la capacidad portante, controlar asentamientos e impermeabilizar.
• Bulones o micropilotes: Anclan la base a estratos más resistentes.
• Vaciado de solera de hormigón: Creación de una plataforma resistente para distribuir las cargas de manera uniforme.

Tratamientos para Protección de Edificaciones

Los objetivos principales son evitar derrumbes, controlar filtraciones y proteger las estructuras contra incendios.

Consolidación y Estabilización del Terreno

• Pernos y anclajes: Sujetan la roca inestable a capas profundas.
• Mallas de acero y bulonado: Evitan desprendimientos superficiales.
• Inyecciones de consolidación: Aplicación de resinas o morteros a presión para rellenar grietas, aumentar la resistencia y evitar deformaciones.

Impermeabilización y Control de Drenaje

• Membranas impermeables: Uso de geomembranas de PVC-P o TPO para separar el terreno del muro interior.
• Geotextiles y drenajes: Canalizan el agua hacia las tuberías de evacuación.
• Inyecciones de sellado: Empleo de poliuretanos o geles acrílicos para sellar filtraciones activas.

Revestimiento Estructural y Protección

• Shotcrete: Sostenimiento primario reforzado.
• Concreto lanzado y encofrados: Revestimiento definitivo de hormigón armado.
• Protección contra fuego: Aplicación de morteros ignífugos para el aislamiento térmico del hormigón y paneles de protección de silicato cálcico o cemento reforzado.