CASOS REALES DE ESTUDIO HIDROGEOLOGICOS APLICADOS A LOS TUNELES

1. CASOS REALES DE ESTUDIO HIDROGEOLOGICOS APLICADOS A LOS TUNELES Giovanni Ricci, M.Sc. Hidrogeólogo

2. Como parte de los proyectos de desarrollo más importantes de la red europea de ferrocarriles (TEN-T Trans-EuropeanNetworks - Transport) el Grupo GEODATA está presente en el diseño y seguimiento de dos importantes túneles de base: Stato di costruzione Tunnel del Brennero Proyectos de corredores ferroviarios europeos corridoi Ferroviari Europei • Proyecto Torino-Lione • Proyecto Brennero BBT • 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 Tunnel progetto Torino-Lione

3. 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

4. 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

5. 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.

6. 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 lossondeos y en los manantiales

7. 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)

8. Proyecto Ferroviario alta capacidad/alta velocidad Torino-Lione • Diseño definitivo Túnel de Base (2010-2012) • Modelo hidrogeológico de referencia (complejos hidrogeológicos, clases de permeabilidad, balance hidrogeológico) • Cuantificación de la interferencia sobre los manantiales (metodología DHI) Risque de tarissement pour la Descenderie de St Martin de la Porte

9. 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 20 15 15 15 Tratto impermeabilizzato Pressione d’acqua < 10 bar Possibile valorizzazione delle acque Pressione d’acqua elevata, temperatura elevata 6 km 2 km In territorio francese : 15 km 6 km (43%) (57%)

10. 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 barestá parcialmente drenante y permite recolectar y valorizar las aguas • Sector <10 bar tiene impermeabilización total full-round Sistema di impermeabilización Impermeabilización total (full-round e inyecciones puntuales Impermeabilización en la bóveda con colectores separados

11. 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.

12. K≈10-7m/s 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

13. Recharge Zone (Landslide area) 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 Discharge (glacialdeposits)

14. Proyecto Ferroviario BBT - Túnel de Base de Brennero • Estudios hidrogeológicos (2006-2009): • Análisis de riesgos de interferencia con los manantiales (metodo DHI)

15. 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

16. 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)

17. 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 ManantialTermalPuente de Inca

18. 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

19. Puente de l’Inca 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)

20. Estudios de Factibilidad del Corredor Bioceánico • Diseño del Túnel de Base • 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 Acceso tunnel Chile 2130m DH=310m Acceso tunnel Argentina 2610m DH=500m Caudal transitorio Caudalestabilizado (m3/s) Caudal transitorio (m3/s) Portal Chile 1536 m Portal Argentina 1536 m

21. 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: • 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..) • 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)

22. RESUMEN • Resultados de los estudios • Obtener un conocimiento detalladode los puntos de agua presentes en la zona de influencia del proyecto en términos de calidad y cantidad antes de la construcción del túnel. • Para proveer indicaciones útiles acerca del cuadro hidrogeológico del proyecto • Como evidencia ante eventuales reclamaciones • Definir el modelo hidrogeológico de referencia del túnel para proveer al proyectista • Caudales esperados en fase de excavación y estabilizados a largo plazo • Tipos de agua esperada (caliente, agresiva, etc.) • 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: • En superficie con obras de compensación o sustitución de recursos afectados • 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)

23. Gracias por su attencion !