TRATAMIENTOS DE IMPERMEABILIZACIÓN CON MEMBRANAS GEOSINTÉTICAS EN TÚNELES. Página: 1 de 29 Fecha: abril 2011 Mariano Úbeda Rodríguez PROPIEDAD DE TECNOLOGÍA DE IMPERMEABILIZACIÓN EN TÚNELES, S.A. – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN SIN AUTORIZACIÓN I ENCUENTRO DE TÚNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS: “LA TUNELIZACIÓN DEL SIGLO XXI”. Escuela Téc. Superior de Ingenieros de Minas Madrid, 14 de abril de 2011. TRATAMIENTOS DE IMPERMEABILIZACIÓN CON MEMBRANAS GEOSINTÉTICAS EN TÚNELES. Mariano Úbeda Rodríguez ([email protected])
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TRATAMIENTOS DE IMPERMEABILIZACIÓN CON MEMBRANAS GEOSINTÉTICAS EN TÚNELES.
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Fecha: abril 2011 Mariano Úbeda Rodríguez
PROPIEDAD DE TECNOLOGÍA DE IMPERMEABILIZACIÓN EN TÚNELES, S.A. – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN SIN AUTORIZACIÓN
I ENCUENTRO DE TÚNELES Y OBRAS SUBTERRÁNEAS:
“LA TUNELIZACIÓN DEL SIGLO XXI”. Escuela Téc. Superior de Ingenieros de Minas
Madrid, 14 de abril de 2011.
TRATAMIENTOS DE IMPERMEABILIZACIÓN CON MEMBRANAS GEOSINTÉTICAS EN TÚNELES.
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INDICE: 1. INTRODUCCIÓN.
2. SELECCIÓN DEL SISTEMA DE IMPERMEABILIZACIÓN.
2.1. INFLUENCIA DE PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS.
2.2. INFLUENCIA DEL TERRENO.
2.3. INFLUENCIA DEL AGUA.
2.4. INFLUENCIA DEL USO DEL TÚNEL.
2.5. GRADO DE ESTANQUEIDAD.
2.6. CONCEPTO DE TÚNEL DRENANTE.
2.7. CRITERIOS PARA LA ELECCIÓN DE MEMBRANAS, ZONAS A TRATAR Y POSIBLES MEDIDAS ADICIONALES.
2.8. MODELOS DE SISTEMAS DE IMPERMEABILIZACIÓN.
3. IMPERMEABILIZACIÓN PRIMARIA.
4. IMPERMEABILIZACIÓN INTERMEDIA.
5. IMPERMEABILIZACIÓN PRINCIPAL.
6. IMPERMEABILIZACIÓN POSTERIOR.
7. IMPERMEABILIZACIÓN CON GEOSINTÉTICOS: COLOCACIÓN EN SÁNDWICH.
7.1. DEFINICIÓN DE MATERIALES.
7.2. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN.
8. IMPERMEABILIZACIÓN CON GEOSINTÉTICOS: COLOCACIÓN EN LÁMINA VISTA.
8.1. DEFINICIÓN DE MATERIALES.
8.2. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN.
9. BIBLIOGRAFÍA.
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1. INTRODUCCIÓN.
1.1. QUIÉNES SOMOS.
TITSA, “Tecnología de Impermeabilización en Túneles, S.A.” es la apuesta de las empresas,
Terratest y Sotecnisol, en el mercado de la impermeabilización en túneles y obra civil en general,
de España.
TITSA aporta para cada caso la mejor solución técnica en el mercado de la impermeabilización.
Pudiendo estar presente en la fase de diseño de la solución, trabajando en equipo con los
proyectistas. Así como en una fase posterior, instalando el sistema de impermeabilización, donde
TITSA posee un equipo humano con amplia experiencia y conocimientos técnicos que garantizan
un perfecto acabado y correcto funcionamiento del sistema.
TITSA es una empresa comprometida con las necesidades del cliente, que garantiza el
cumplimiento de los compromisos adquiridos, prestando un servicio integral y de calidad.
1.2. CAMPOS DE ACTUACIÓN.
TITSA, mediante el empleo de geosintéticos, geocompuestos de drenaje, derivados asfálticos,
revestimientos epoxi, etc; pone a disposición de sus clientes, su experiencia en la consecución de
soluciones a problemas de impermeabilización en la obra civil, tales como:
- Impermeabilización de Túneles: colocación en Sándwich o en Lámina Vista.
- Impermeabilización de Falsos Túneles.
- Impermeabilización de Obras de Fábrica, Tableros de Puentes.
- Impermeabilización de Cimentaciones Enterradas.
1.3. SISTEMAS APLICADOS EN LA IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE DE TÚNELES Y FALSOS TÚNELES.
- Túneles: Sándwich:
Son los trabajos de ejecución de un sistema de impermeabilización mediante el empleo de
geosintéticos, con el objeto de impedir las filtraciones de agua al interior del túnel, o solamente
captarlas, conducirlas y drenarlas.
Dicho sistema consta de una membrana impermeable, que se colocará confinada entre el
sostenimiento provisional y el revestimiento definitivo, quedando en Sándwich.
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- Túneles: Lámina Vista:
Son aquellos trabajos, previstos o no, complementarios o de rehabilitación posterior, con el objeto
de captar y drenar las filtraciones de agua en el interior del túnel.
La membrana impermeable se colocará en Lámina Vista, sobre el paramento final del túnel, ya sea
roca, revestimiento de hormigón en masa, hormigón proyectado, mampostería,….
- Falsos Túneles:
Son los trabajos de ejecución de un sistema de impermeabilización, con el objeto de captar y
drenar el agua infiltrada por el trasdosado del Falso Túnel.
Dicho sistema consta de una membrana impermeable para evitar que el agua infiltrada en el
terreno o de nivel freático entre en contacto con la estructura, y de un sistema de drenaje
adecuado y eficiente para llevar el agua hasta la red de tubos dren y colectores, que se colocará
por el trasdos del Falso Túnel, en contacto con el terreno.
1.4. RAZONES QUE JUSTIFICAN LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS DE IMPERMEABILIZACIÓN DURANTE LA CONSTRUCCIÓN DE NUEVAS INFRAESTRUCTURA.
Funcionalidad, durabilidad, seguridad, conservación, y en definitiva, calidad y menores gastos de mantenimiento durante la explotación; son algunas de las razones que justifican la
impermeabilización durante la ejecución de nuevas infraestructuras.
Todo ello, con el fin de impedir filtraciones de agua que podrán afectar al hormigón estructural,
disgregando su masa por procesos de gelifracción, carbonatación y/o cristalización de las sales
disueltas; así como evitar la corrosión de las armaduras e instalaciones por reacciones
electroquímicas y de oxidación.
El presente documento recoge las exigencias mínimas que se deben seguir para la elección,
instalación y verificación de los sistemas de impermeabilización de túneles, falsos túneles y
galerías con geosintéticos.
Abarcando las características de los materiales de impermeabilización, así como los requisitos del
soporte donde van a ser fijados, y la metodología de aplicación.
Además de las geomembranas de cloruro de polivinilo (PVC), poliolefinas (polietileno lineal
(LLDPE) o polietileno de muy baja densidad (VLDPE)) o espuma de polietileno (PE) reticulado,
asfálticas de betunes modificados con elastómeros (SBS) o elastómeros (APP); generalmente se
aplican conjuntamente otros tipos de materiales geosintéticos tales como: geotextiles,
geocompuestos de drenaje, etc.
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2. SELECCIÓN DEL SISTEMA DE IMPERMEABILIZACIÓN.
Los túneles se construyen con una vida útil de más de 100 años, lo que significa que los
estándares de calidad marcados durante su construcción deben ser altos. En particular los
relativos a los sistemas de sellado, impermeabilización y protección.
No debemos olvidar que el agua es uno de los mayores enemigos para cualquier tipo de
construcción. La impermeabilización tiene la tarea de proteger al túnel de los daños resultantes de
la humedad o la entrada accidental de agua, así como el peligro que representa el agua que
proviene de suelos agresivos y los efectos de productos químicos disueltos.
La selección del sistema de impermeabilización más adecuado para una obra subterránea
dependerá de los siguientes factores, que deberán ser objeto de estudio previo a su elección. Sin
olvidar que es esencial que cada sistema esté seleccionado y planificado con el fin de representar
la solución óptima conforme a los requisitos establecidos relativos a su uso previsto, por una parte,
y las posibilidades técnicas y económicas por la otra.
2.1. INFLUENCIA DE PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS.
El sistema de impermeabilización dependerá directamente de los caudales de agua infiltrados en
el túnel. Existen diferentes métodos empíricos para calcularlos, tales como: método de Hvorslev,
Goodman, Heuer, Dupuit, Romanova, etc.
Dichos caudales variarán en función de:
La geología de los sustratos, en cuanto a la capacidad para almacenar y transmitir el agua;
existencia de fallas, contactos, plegamientos, etc.
La climatología, factores como la pluviosidad, heladas, evaporación, etc. Está directamente
relacionados con la capacidad de recarga de los acuíferos.
La geomorfología, donde las condiciones de la superficie, orografía, y características del suelo,
determinan la escorrentía superficial; y por tanto las posibilidades de infiltración relacionada
directamente con la recarga de los acuíferos.
Los parámetros hidrogeológicos más interesantes son:
• Porosidad.
• Permeabilidad.
• Gradiente hidráulico.
• Transmisividad.
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2.2. INFLUENCIA DEL TERRENO.
Los sistemas de impermeabilización podrán variar en función del tipo de terreno, ya que estarán
directamente relacionados con el método de excavación empleado, y también con el tipo de
sostenimiento sobre el que se va a instalar el sistema.
Pueden distinguirse tres tipos de terreno:
• Terreno duro.
• Terreno quebrado.
• Terreno blando.
2.3. INFLUENCIA DEL AGUA.
Los sistemas de impermeabilización también pueden variar en función del tipo de agua. Pueden
distinguirse tres tipos de impermeabilización, dependiendo del tipo de agua contenida en el macizo
donde se excava:
• Impermeabilización en franja capilar, eventuales humedades y algún goteo
localizado. Se tratarán zonas puntuales con geocompuestos de drenaje, medias
cañas Oberhasli,… (Impermeabilización primaria).
• Impermeabilización en zonas de saturación con goteos dispersos, continuos y sin
presión. Se empleará un sistema flexible cubriendo solo la bóveda (paraguas);
evacuando el agua hacia los drenajes longitudinales.
• Impermeabilización en agua subterránea con altos aportes de agua al túnel, con
presión. Se empleará un sistema flexible de mayor capacidad, cubriendo toda la
sección, bóveda y contrabóveda; con capacidad resistente a la presión
También será muy importante analizar las condiciones físicas y químicas del agua, para garantizar
que no deterioran ni el sistema de impermeabilización, ni por tanto el túnel.
2.4. INFLUENCIA DEL USO DEL TÚNEL.
El sistema de impermeabilización también dependerá del uso final al que se destine dicha obra, y
por tanto, del grado de estanqueidad o cantidad de filtraciones que se permitan. La definición de
impermeabilidad para el diseño de túneles y galerías, según la norma Española UNE 104 424, es
la siguiente:
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Grado de Imperm.
Características de humedad
Utilización de la obra Filtraciones de agua
l/m2 en 24 horas
1 No permitida la
difusión de vapor
desde el exterior
• Lugares secos:
• Locales refrigerados
• Presencia continua de personas
• Almacenes sensibles a humedad
0
2 SECO
Permitida la difusión
de vapor
• Instalaciones militares y locales húm.
• Locales con instalaciones de energía
• Locales subterráneos de uso general
0
3 SECO • Almacenes y locales comerciales
• Estaciones de metro
< 0,001
4 CASI SECO • Túneles de autopistas
• Túneles de montaña
• Túneles ferroviarios de alta velocidad
< 0,01
5 Filtraciones capilares • Aparcamientos
• Túneles de carretera y en roca
< 0,1
6 Ligero goteo de agua • Túneles de ferrocarril
• Líneas de metro
< 0,5
7 Goteo de agua • Túneles de alcantarillado < 1,0
2.5. GRADO DE ESTANQUEIDAD
CLASE 1 COMPLETAMENTE SECO No están permitidas humedades ni vapor de agua en la superficie del túnel.
CLASE 2 SECO A LIGERAMENTE HÚMEDO Permitidas humedades localizadas. No están permitidos goteos de agua en la superficie del túnel.
CLASE 3 HÚMEDO Permitidas zonas húmedas limitadas y goteos localizados.
CLASE 4 HÚMEDO A MOJADO Permitidas zonas húmedas y goteos.
*Clasificación según Norm SIA-272: 2009 Abdichtungen und Entwässerungen von Bauten unter Terrain und im Untertagbau
2.6. CONCEPTO DE TÚNEL DRENANTE.
El túnel puede ser construido como una estructura drenante, o no drenante.
En el primer caso, el túnel drenará el agua subterránea existente de modo permenante,
evacuándola por los tubos de drenaje y colectores dispuestos en la base de los hastíales y
contrabóveda. De este modo se mantendrá aliviada la presión de hidrostática del agua.
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En el segundo caso, se permitirá el drenaje durante la fase de construcción, aliviando así la
presión y facilitando los trabajos. Pero una vez terminada la construcción, los tubos de drenaje y
alivio serán sellados. No habiendo necesidad de evacuar el agua subterránea y por lo tanto ejercer
ninguna influencia negativa permanente sobre el nivel freático, ni el equilibrio hídrico. Por tanto, la
decisión de no desviar permanentemente el agua subterránea debe prevalecer sobre el drenaje.
Ventajas y desventajas de una u otra opción:
TÚNEL DRENANTE. EVACUACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA
TÚNEL NO DRENANTE. BLOQUEO DE AGUA SUBTERRANEA CON PRESIÓN.
Menor coste de impermeabilización
Menor espesor de revestimiento
Permite excavación bajo condiciones
extremas
Sistema de drenaje permanente
Mayores afecciones durante la fase de
explotación
Mayores costos de mantenimiento
Mayor coste de impermeabilización
Se considera el factor presión de agua
durante el diseño y construcción
No hay influencias sobre el nivel freático
tras la construcción
Mejor medioambientalmente
Reducción de asentamientos
Menores costos de mantenimiento
2.7. CRITERIOS PARA LA ELECCIÓN DE MEMBRANAS, ZONAS A TRATAR, Y POSIBLES MEDIDAS ADICIONALES.
Los criterios para la selección de membranas geosintéticas para la impermeabilización de túneles,
dependerán de si tenemos un túnel drenado o no drenado, y por tanto sabremos si estaremos
expuestos a presión hidrostática. Al mismo tiempo nos indicará si es suficiente con
impermeabilizar la bóveda o requiere hacer un tratamiento completo de la sección. Por supuesto
también dependerá de si tenemos agua subterránea químicamente agresiva. A continuación
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vemos una tabla donde se relacionan todos los factores mencionados, en al parte izquierda; con
los distintos tipos de láminas y sus combinaciones, así como posibles medidas adicionales a
adoptar.
Agresividad del Agua Medidas Adicionales
Nº Concepto Drenaje
Presión Hidrostática
Sistema de
Sellado Baja Alta Barreras
Waterbars Pipetas de Inyección
Cantidad y espesor de membrana
(mm)
1 No No Sencilla 1,5
2
Drenaje Permanente Sin presión
Paraguas (solo
bóveda) Si No Sencilla 2
3 < 30 mca Si No Sencilla 2
4 30 a 60 mca Si Si Doble 2 + 1,5
5
NO Drenaje
> 60 mca
Sección completa
Si Si Doble 3 + 2
Nota: 10 mca (metros de columna de agua) = 1 kg/cm2.
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2.8. MODELOS DE SISTEMAS DE IMPERMEABILIZACIÓN.
• TÚNEL DRENANTE. Evacuación (drenaje) de agua subterránea. Sin presión de agua.
CRITERIO Nº 1
1
2
3
4
5
6
7
Tubos de drenaje
Relleno granular.
Drenaje Oberhasli
Geotextil o Geodren de protección y drenaje
Lámina de impermeabilización flexible
Registros para inspección y limpieza
Geotextil de separación y filtro
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• TÚNEL DRENANTE. Evacuación (drenaje) de agua subterránea. Sin presión de agua.
Aguas químicamente agresivas. CRITERIO Nº 2
1
2
3
4
5
Tubos de drenaje
Juntas anillos dovelas (espacio drenaje)
Geotextil de protección y drenaje
Lámina de impermeabilización flexible (Protegida en contrabóveda)
Registros para inspección y limpieza
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• TÚNEL NO DRENANTE. Bloqueo de agua subterránea. Con presión de agua < 30 mca.
CRITERIO Nº 3
Excavation Drill-and-blast TBM (without tubbings)
Method
Drainage none none
1
2
3
4
5
6
Drenaje provisional durante excavación. A rellenar con inyección de cemento al finalizar construcción
Geotextil y lámina de impermeabilización
Juntas Waterstop inyectables para compartimentación
Elementos de conexión para monitorización e inyección de juntas
Lámina de protección en zonas de contrabóveda (o con armadura de acero)
Aliviadero de agua subterránea durante construcción
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• TÚNEL NO DRENANTE. Bloqueo de agua subterránea. Con presión de agua > 30 mca.
CRITERIO Nº 4 ó 5. Dependerá de presión.
1
2
3
4
5
6
7
Drenaje provisional durante excavación. A rellenar con inyección de cemento al finalizar construcción
Geotextil y lámina de impermeabilización
Lámina con nódulos de separación
Lámina de protección
Soldadura de doble lámina
Elementos de conexión test de vacío e inyección de juntas
Aliviadero de agua subterránea durante construcción
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3. IMPERMEABILIZACIÓN PRIMARIA.
Siempre que sea necesario, comprende los trabajos provisionales de taponamiento, o recogida y
conducción hasta drenaje de filtraciones de agua.
Tradicionalmente se han utilizado métodos como el drenaje Oberhasli, con el empleo de tubos o
medias cañas, sujetos al paramento con cementos de fraguado ultrarrápido, proyección de
morteros o gunita.
Figura 1. Método Oberhasli
Foto 1. Método Oberhasli Lámina drenante -
POZIDRAIN (ABG. England)
Actualmente, existe una gama bastante
amplia de geocompuestos de drenaje con
núcleo resistente a compresión, con geotextil
para el filtrado de finos de polipropileno (PP)
adherido, con capacidad de descarga hasta
1,40 l/m/sec y resistencias a compresión
hasta 1.000 kPa, tipo POZIDRAIN. Que son
de fácil y sencilla colocación, y por tanto de
baja cuantía económica con buenos
resultados.
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4. IMPERMEABILIZACIÓN INTERMEDIA.
Son los trabajos de proyección de hormigón o mortero, con la finalidad de sostener
provisionalmente la excavación. A la vez de proteger la impermeabilización primaria, si se ha
hecho por métodos tradicionales. Y también con la finalidad de regularizar y preparar el soporte
donde después se va a ejecutar la Impermeabilización Principal.
La regularización del soporte, a la que no siempre se le da la importancia necesaria dado el alto
coste de los hormigones proyectados, es fundamental para garantizar una buena instalación y
funcionamiento posterior del sistema de impermeabilización.
Según lo indicado en la norma UNE 104 424, los requisitos mínimos que deberá cumplir el soporte
son:
• No existirán irregularidades con un radio
inferior a 20 cm.
• La profundidad de una irregularidad no
deberá ser superior a 15 cm respecto a
la superficie de terminación.
• En una irregularidad, la relación
profundidad/extensión debe ser igual o
inferior a 1/5.
• Los elementos de anclaje y bulonado
que sobresalgan del soporte se cortarán
en su parte no funcional, tratándose
según lo descrito anteriormente.
Figura 2. Requisitos mínimos del soporte
Fotos 2 y 3. Ejemplos de soporte en malas condiciones.
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5. IMPERMEABILIZACIÓN PRINCIPAL.
Son los trabajos de ejecución de una membrana impermeable de cualquier tipo que garantice la
estanqueidad del túnel. Hay diferentes tipos:
• Revocado o gunitado.
• Revestimientos con resinas (membranas acrílicas proyectables).
• Revestimiento con morteros
predosificados.
• Sellado de juntas de dovelas
prefabricadas.
• Revestimiento con geosintéticos.
o Colocación en lámina vista, sobre
sostenimiento definitivo.
o Colocación en sándwich, confinado
entre sostenimiento provisional y
revestimiento de hormigón.
Foto 4. Impermeabilización con geosintéticos en sándwich
Estos últimos tipos serán desarrollados a continuación, detallando los tipos de materiales, así
como su puesta en obra.
6. IMPERMEABILIZACIÓN POSTERIOR.
Son aquellos trabajos, previstos o no, complementarios de la impermeabilización principal, o bien
trabajos de reparación posterior. Tales como:
Foto 5. Imper. con geosintéticos en lámina vista.
• Inyecciones.
• Morteros predosificados impermeables.
• Revoques o gunita.
• Taponamiento y sellado de grietas y juntas.
• Rejuntado de mampostería.
• Drenajes.
• Reimpermeabilización con membranas, en
lámina vista.
o Colocación en lámina vista, sobre
sostenimiento definitivo.
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7. IMPERMEABILIZACIÓN Y DRENAJE CON GEOSINTÉTICOS EN TÚNELES. COLOCACIÓN EN SÁNDWICH.
7.1. DEFINICIÓN DE MATERIALES.
Los materiales utilizados en este tipo de impermeabilización pueden ser divididos en tres grandes
grupos:
• Principales:
o Geotextil.
o Geocompuestos de drenaje (Geodrenes).
o Geomembrana impermeabilizante de PVC o POLIOLEFINAS.
• Complementarios:
o Juntas de compartimentación y remate.
o Dispositivos de inyección, drenaje e inspección.
• Auxiliares:
o Discos de PVC o PE.
o Elementos de fijación: Clavos y cartuchos de fulminante.
7.1.1. Geotextil.
Durante la impermeabilización de túneles el geotextil asume las siguientes funciones:
Protección (+), el geotextil evita la perforación de la geomembrana en las aristas y puntos
salientes del sostenimiento, y facilita el deslizamiento de la misma por posibles movimientos
convergentes del terreno portante, o cuando se pone en carga durante el proceso de
hormigonado del revestimiento.
Drenaje (-), el geotextil evacua el agua en su plano para evitar la formación de subpresión; así
como el aire hacia el drenaje longitudinal durante el proceso de hormigonado del
revestimiento. No obstante su capacidad de drenaje es bastante limitada, más aún cuando se
comprime por el revestimiento. En casos de túneles drenantes, donde haya o se prevean
aportes elevados de agua, deberá complementarse con un geocompuesto de drenaje.
Los geotextiles a utilizar deben poseer un espesor constante, y presentar uniformidad en cuanto a
sus características a lo largo de toda su superficie. Estarán constituidos por fibras entrelazadas de
origen químico-orgánico, de las que destacamos las de Polipropileno, por ser las que mejor
comportamiento presenta en contacto con ambientes extremos de pH, como los producidos
durante los procesos de fraguado de hormigones. La unión mecánica entre fibras del geotextil no
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PROPIEDAD DE TECNOL. DE IMPERMEABILIZACIÓN EN TÚNELES, S.A. – PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN SIN AUTORIZACIÓN
tejido se consigue por agujeteado, punzonado, a veces también termo-fijado. Las principales
propiedades por las que se deben seleccionar los geotextiles para este tipo de aplicación, según
indica la norma UNE 104 424, son las siguientes:
Túnel a
cielo abierto
Túneles excavados con hormigón proyectado
Túnel con
dovelas
Características Unidad Norma Árido
0-4 mm Árido
0-8 mm Árido
0-16 mm
Resist. A tracción kN/m2 ISO 10319 > 7 > 15 > 18 > 21 > 7