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Antonio Dematteis PhD, Hidrogeólogo

ESTADO DEL ARTE DE LOS ESTUDIOS HIDROGEOLÓGICOS APLICADOS A OBRAS SUBTERRÁNEAS Interferencia entre túneles y acuíferos: métodos analíticos y empíricos de predicción, valoración de la afectación de los recursos hídricos. Antonio Dematteis PhD, Hidrogeólogo.

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Presentation Transcript

  1. ESTADO DEL ARTE DE LOS ESTUDIOS HIDROGEOLÓGICOS APLICADOS A OBRAS SUBTERRÁNEASInterferencia entre túneles y acuíferos: métodos analíticos y empíricos de predicción, valoración de la afectación de los recursos hídricos Antonio Dematteis PhD, Hidrogeólogo

  2. Problemas relacionados con el ingreso de agua en el túnel: riesgos en fase de excavación Referencia europea en materia de agua y medio ambiente Grupo de trabajo IAH para la definición de la “gestión sostenible del agua en los túneles” Las etapas del estudio hidrogeológico (experiencia internacional) Definición del modelo geológico e hidrogeológico de referencia Cuantificación de la fiabilidad de las previsiones geológicas (R-INDEX) Predicción del flujo de agua en el túnel Predicción de impacto sobre los acuíferos y análisis hidrogeológico de la probabilidad de afectación del caudal de los manantiales (DHI) Estudios de factibilidad para la reutilización y aprovechamiento del agua drenada en el túnel Búsqueda de soluciones para compensar la afectación de los recursos hídricos Contenido de la presentación

  3. RESGO TÉCNICO - CONSTRUCTIVO y en consecuencia FINANCIERO RIESGO AMBIENTAL Con eventuales consecuencias de tipo TÉCNICO / POLÍTICO / FINANCIERO ANÁLISIS DEL RIESGO EN FASE DE EXCAVACIÓN Ocurrencia de una o más manifestaciones hídricas no previstas o no cuantificadas correctamente

  4. RIESGO TÉCNICO - CONSTRUCTIVO Condiciones de trabajo dificil y problemas de seguridad

  5. RIESGO TÉCNICO - CONSTRUCTIVO Inundaciones del túnel y paralización del avance

  6. RIESGO TÉCNICO - CONSTRUCTIVO Afectación del avance en el túnel de Modane

  7. RIESGO AMBIENTAL Existe una dificultad real para evitar el drenaje en túneles profundos. En presencia de cargas hidráulicas elevadas no es factible construir revestimientos completamente impermeables. Con presiones de agua superiores a 10 bares el agua subterránea es drenadas por el túnel.

  8. RIESGO AMBIENTAL El drenaje del agua en el túnel genera una disminución de la presión hidráulica en el macizo rocoso interceptado. Este efecto puede causar un abatimiento del nivel freático y una consecuente afectación a los recursos hídricos.

  9. Directivas de la Comunidad Europea: 08/105/CE: standard de calidad ambiental en el sector de la política del agua 00/60/CE del 23 octubre 2000: acción comunitaria en materia de agua 91/271/CE del 21 maggio 1991: tratamiento de agua residuales 98/83/CE del 3 noviembre 1998: calidad del agua destinada al consumo humano Italia: Decreto Legislativo 152/06 “texto único ambiental” Francia: 92-3/92 “Loi sur l’Eau” Suiza: 24/01/91“Loi sur l’Eau” Austria: BGBI 215/59 e BGBI 74/97 Spaña: Real Decreto 1514/2009 e R.D.L. 1/2001 texto refundido “Ley de Aguas” NORMAS DE REFERENCIA EUROPEAS EN TEMAS DE AGUA Y AMBIENTE

  10. Grupo de trabajo IAH para la definición de la “gestión sostenible del agua en los túneles” Established by the Italian chapter of IAH on 20/06/2012 Chairman: A. Dematteis Working Group (WG): Sustainable water management in tunnels (GESTAG) A A A A A A A A Términos de Referencia para estudios hidrogeológicos Italian Chapter of the International Association of hydrogeologists (IAH)

  11. Definición del modelo geológico de referencia Cuantificación de la confiabilidad de las previsiones geológicas Previsión de la presencia de agua dentro del túnel Previsión de los impactos hidrogeológicos sobre los acuíferos y análisis de la probabilidad de afectación de los manantiales Estudios de confiabilidad para la reutilización y valoración del agua drenada en el túnel Identificación de soluciones de compensación por la afectación de los recursos hídricos Las etapas del estudio hidrogeológico Water Management in Tunnelling (WATERMAT )

  12. Discharge 50 l/s Overburden 350m Rio Taquesi Hydroelectric project (La Paz) Cuales son las características de los flujos de agua en los túneles? • Generalmente la mayor parte del agua proviene de zonas bien circunscritas (fallas – horizontes de disolución química) • Los flujos picos de grandes avenidas pueden variar entre lso 50 y los 1000 l/s Cuales son los parámetros hidrogeológicos que más influyen en las avenidas de agua dentro de los túneles ? • Permeabilidad • Carga hidráulica • Recarga de los acuíferos al nivel del túnel (quota galleria)

  13. Caliza dolomítica, K media (10-7 - 10-8 m/s) Esquistos cuarzo micáceos K baja 10-8 - 10-9 m/s

  14. Cuarcitas K media (10-7 m/s) túnel feroviario LTF, Modane, Francia

  15. Anhidritas K muy baja (10-9-10-11 m/s) túnel feroviario LTF, Modane, Francia

  16. Modelo hidrogeológico en zonas de fallas

  17. Zona de falla Tectonic protobreccia Tectonic microbreccia túnel feroviario BBT, Innsbruck, Austria

  18. Zonas de disolución y karstificación Central Hidroeléctrica Angostura, Bio Bio,Chile

  19. Las etapas del estudio hidrogeológico Water Management in Tunnelling (WATERMAT ) Definición del modelo geológico de referencia Cuantificación de la confiabilidad de las previsiones geológicas Previsión de la presencia de agua dentro del túnel Previsión de los impactos hidrogeológicos sobre los acuíferos y análisis de la probabilidad de afectación de los manantiales Estudios de confiabilidad para la reutilización y valoración del agua drenada en el túnel Identificación de soluciones de compensación por la afectación de los recursos hídricos

  20. Esquisto micaceo milonítico Cuarcitas miloníticas Cargneules S3 S3 S1 S1 S2 S2 S1 Túnel de prospección de Modane Proyecto LTF, Francia

  21. The Reliability Index - R-Index (www.seaconsult.eu) 1. Investigation Parameters Drillholes Quality (IQdr) Geological Mapping Quality (IQgm) Gephysical investigations Quality (IQge) 2. System Parameters Complexity of lithostratigraphical setting (LC) System parameters depend from the complexity of the natural system to be excavated. Their influence on the reliability of forecast is independent from human analyses accuracy. Complexity of structures related to brittle deformation (BC) Complexity of structures related to ductile deformation (DC)

  22. The Reliability Index - R-Index (www.seaconsult.eu) Computation procedure The R-index is calculated for each 100m individual stretches in which a tunnel can be subdivided The physical significance of the R-index has been established by studying case histories of tunnels that have been already constructed. This also allowed a validation of the ratings attributed to the parameters which control the index.

  23. Las etapas del estudio hidrogeológico Water Management in Tunnelling (WATERMAT ) Definición del modelo geológico de referencia Cuantificación de la confiabilidad de las previsiones geológicas Previsión de la presencia de agua dentro del túnel Previsión de los impactos hidrogeológicos sobre los acuíferos y análisis de la probabilidad de afectación de los manantiales Estudios de confiabilidad para la reutilización y valoración del agua drenada en el túnel Identificación de soluciones de compensación por la afectación de los recursos hídricos

  24. Flujo pico, transitorio y estabilizado Caudal de pico: en los primeros momentos que siguen a la intercepción del flujo la disminución del caudal se da rápidamente Cuadales no estabilizados o provisionales: la parte descendente en la zona central de la curva Cuadal estabilizado: después de un cierto tiempo el caudal tiende asindóticamente hacia la estabilización o desaparación total (MAILLET, 1905)

  25. ENFOQUE EMPÍRICO Se basa en la reconstrucción hidrogeológica en eje o al lado de la obra y sobre los datos de permeabilidad y carga hidraúlica medida en los sondeos ENFOQUE ANALÍTICO Fórmulas derivadas de la ley de Dupuit que pueden proveer valoraciones en régimen estabilizado y en régimen transitorio VERIFICACIÓN DE LA RECARGA balance hidrogeológico inverso medio en la cuenca de recarga influenciada por el túnel. Este método se basa esencialmente en datos climáticos (lluvias, evapotranspiración) y sobre datos geológicos (permeabilidad de los terrenos aflorantes, pendiente de las laderas, coeficiente de escorrentía superficial) MODELOS NUMÉRICOS 2D Y 3D Simulación matemática computarizada, basada en modelos hidrogeológicos conceptuales (distribución geométrica de los sistemas de flujos) y sus parámetros derivados de pruebas experimentales «in situ» (permeabilidad, carga hidráulica, temperatura, …) Métodos de previsión de los flujos de agua

  26. Enfoque analítico para el cálculo del caudal En régimen permanente en un medio semi-infinito con un límite de recarga impuesto a presión atmosférica • Q es el caudal drenado en el túnel • K es la permeabilidad de la formación interceptada por el túnel • l es la longitud del tramo de acuífero interceptado por el túnel • r0 es el radio del túnel • L es la profundidad del túnel bajo el nivel piezométrico constante • dz es la diferencia de cota entre el túnel y el punto donde el acuífero considerado alcanza la superficie de recarga

  27. = Infiltración (I) Enfoque de la verificación de la recarga para el cálculo del caudal I = P - Etr - R Lluvia (P) - La gestión G.I.S. de los datos y del cálculo Evapotranspiración (ETR) - Escorrentía (R) La cantidad de agua que se infiltra (I) representa el máximo teórico posible de alimentación del túnel De manera conservadora se asume que el 80% puede alcanzar el túnel

  28. Metodos de previsión Comparación entre los enfoques y selección del método

  29. Las etapas del estudio hidrogeológico Water Management in Tunnelling (WATERMAT ) Definición del modelo geológico de referencia Cuantificación de la confiabilidad de las previsiones geológicas Previsión de la presencia de agua dentro del túnel Previsión de los impactos hidrogeológicos sobre los acuíferos y análisis de la probabilidad de afectación de los manantiales Estudios de confiabilidad para la reutilización y valoración del agua drenada en el túnel Identificación de soluciones de compensación por la afectación de los recursos hídricos

  30. Fracture Frequency High fracture frequency  high permeabil. High fract. freq.  increased plastic zone High fracture freq.  high inflow potential Rock Mass Permeability High permeab  high inflow potential =    High overburden  low permeability Overburden High overburden  increase plastic zone High in-situ str.  larger plastic zone Plastic zone  new discontinuities Plastic Zone Radius Large plastic zone  high inflow potential Potential of Inflow Main faults intersection water-point type Distance from the tunnel Drawdown Hazard Index (DHI) Drawdown Hazard Index DHI=(41*FF + 22*MK + 17*OV + 20*PZ)*IF*ST*DT

  31. Mapeo DHI (Drawdown Hazard Index), Túnel ferroviario del Pertus frontera Francia-España

  32. Las etapas del estudio hidrogeológico Water Management in Tunnelling (WATERMAT ) Definición del modelo geológico de referencia Cuantificación de la confiabilidad de las previsiones geológicas Previsión de la presencia de agua dentro del túnel Previsión de los impactos hidrogeológicos sobre los acuíferos y análisis de la probabilidad de afectación de los manantiales Estudios de confiabilidad para la reutilización y valoración del agua drenada en el túnel Identificación de soluciones de compensación por la afectación de los recursos hídricos

  33. Aprovechamiento del agua para usos industriales, agrícolas, potables, hidroeléctricos y geotérmicos • El caudal decrece en función del tiempo, del 30% al 50% en operación • El agua encontrada en los túneles es generalmente de buena calidad y potabilidad • La viabilidad económica de la valorización existe si el aprovechamiento se prevé desde la fase de diseño • La tecnología de captación del agua dentro del túnel es bien conocida y consolidada, el límite lo representan: • Vacio normativo que regule la captación en túneles • La servidumbre que la captación y conducción implican para un tunel generalmente destinado a otro uso

  34. Cunicolo radiale Cunicolo longitudinale • Validez polifuncional del túnel piloto del BBT: • Durante la excavación de los túneles principales: función logística (transporte de la rezaga con cinta transportadora y aprovisionamiento del material con 2 trenes shuttle) • En operación: función de drenaje

  35. Las etapas del estudio hidrogeológico Water Management in Tunnelling (WATERMAT ) Definición del modelo geológico de referencia Cuantificación de la confiabilidad de las previsiones geológicas Previsión de la presencia de agua dentro del túnel Previsión de los impactos hidrogeológicos sobre los acuíferos y análisis de la probabilidad de afectación de los manantiales Estudios de confiabilidad para la reutilización y valoración del agua drenada en el túnel Identificación de soluciones de compensación por la afectación de los recursos hídricos

  36. El proceso Los tipos de soluciones • Solución de emergencia -operativa en pocas horas • Soluciones provisionales -operativa in fase de excavación • 3. Soluciones definitivas -terminada al final de los trabajos de excavación del túnel

  37. Gracias por su attencion !

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